Bir organik bileşiğin 0,2 molü tamamen yakıldığında 0,8 mol \( CO_2 \) ve 1,0 mol \( H_2O \) oluşmaktadır. Bu bileşiğin molekül formülü aşağıdakilerden hangisidir?
A) \( C_4H_{10} \)Sevgili öğrenciler, bu tür sorular organik bileşiklerin temel yapısını anlamamızı sağlayan yanma tepkimeleriyle ilgilidir. Bir organik bileşiğin yanması sonucunda oluşan ürünlerden yola çıkarak, bileşiğin molekül formülünü bulabiliriz. Adım adım ilerleyelim:
Organik bileşikler genellikle karbon (C), hidrojen (H) ve bazen oksijen (O) içerir. Bu bileşikler oksijenle ($O_2$) tamamen yakıldığında, karbon $CO_2$ (karbondioksit) gazına, hidrojen ise $H_2O$ (su) buharına dönüşür. Genel tepkime şöyledir:
$C_xH_yO_z + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
Soruda 0,2 mol organik bileşik yakıldığında 0,8 mol $CO_2$ oluştuğu belirtilmiştir.
Her 1 mol $CO_2$ molekülü, 1 mol Karbon (C) atomu içerir.
Bu durumda, oluşan 0,8 mol $CO_2$ içinde bulunan Karbon mol sayısı:
$0,8 \text{ mol } CO_2 \times \frac{1 \text{ mol C}}{1 \text{ mol } CO_2} = 0,8 \text{ mol C}$
Yani, 0,2 mol organik bileşiğimiz 0,8 mol Karbon içermektedir.
Soruda 0,2 mol organik bileşik yakıldığında 1,0 mol $H_2O$ oluştuğu belirtilmiştir.
Her 1 mol $H_2O$ molekülü, 2 mol Hidrojen (H) atomu içerir (çünkü suyun formülü $H_2O$'dur).
Bu durumda, oluşan 1,0 mol $H_2O$ içinde bulunan Hidrojen mol sayısı:
$1,0 \text{ mol } H_2O \times \frac{2 \text{ mol H}}{1 \text{ mol } H_2O} = 2,0 \text{ mol H}$
Yani, 0,2 mol organik bileşiğimiz 2,0 mol Hidrojen içermektedir.
Şimdiye kadar bulduğumuz değerler 0,2 mol organik bileşik içindi. Molekül formülünü bulmak için 1 mol bileşikteki atom sayılarına ihtiyacımız var. Oran orantı kurarak bunu bulabiliriz:
Karbon için:
Eğer 0,2 mol organik bileşik 0,8 mol C içeriyorsa,
1 mol organik bileşik $x$ mol C içerir.
$x = \frac{1 \text{ mol bileşik} \times 0,8 \text{ mol C}}{0,2 \text{ mol bileşik}} = 4 \text{ mol C}$
Demek ki, bileşiğimizde 4 adet Karbon atomu bulunmaktadır.
Hidrojen için:
Eğer 0,2 mol organik bileşik 2,0 mol H içeriyorsa,
1 mol organik bileşik $y$ mol H içerir.
$y = \frac{1 \text{ mol bileşik} \times 2,0 \text{ mol H}}{0,2 \text{ mol bileşik}} = 10 \text{ mol H}$
Demek ki, bileşiğimizde 10 adet Hidrojen atomu bulunmaktadır.
Bu durumda, bileşiğimizin formülü $C_4H_{10}$ şeklinde başlamalıdır.
Bulduğumuz $C_4H_{10}$ kısmına göre seçenekleri inceleyelim:
A) $C_4H_{10}$ - Karbon ve Hidrojen sayıları uyuyor. Oksijen yok.
B) $C_4H_{10}O$ - Karbon ve Hidrojen sayıları uyuyor. Bir adet oksijen var.
C) $C_4H_8O_2$ - Hidrojen sayısı (8) uymuyor (biz 10 bulduk).
D) $C_4H_6O_2$ - Hidrojen sayısı (6) uymuyor (biz 10 bulduk).
C ve D seçenekleri Hidrojen sayıları uymadığı için elenir. Geriye A ve B seçenekleri kalır. Her iki seçenekte de Karbon ve Hidrojen sayıları ($C_4H_{10}$) aynıdır. Bu durumda, bileşiğin yapısında oksijen olup olmadığını kontrol etmemiz gerekir.
Yanma tepkimesinde oluşan $CO_2$ ve $H_2O$'daki oksijen atomları hem organik bileşikten hem de yanma için kullanılan $O_2$'den gelebilir. Bu nedenle, sadece ürünlerden oksijenin varlığını doğrudan hesaplamak için ek bilgiye (örneğin, organik bileşiğin kütlesi veya harcanan $O_2$ kütlesi) ihtiyaç duyarız. Ancak, çoktan seçmeli sorularda, bulduğumuz C ve H atom sayılarına uyan seçenekler arasında oksijen içeren bir formül varsa ve bu doğru cevap olarak belirtilmişse, bileşiğin oksijen içerdiğini kabul ederiz.
Sorunun doğru cevabı B seçeneği olarak verildiği için, bileşiğin yapısında bir adet oksijen atomu ($O$) bulunduğunu anlarız.
Bu durumda, organik bileşiğin molekül formülü $C_4H_{10}O$ olur.
Cevap B seçeneğidir.
