Kimyanın temel kanunları konu anlatımı Test 2

Sabit hacimli kapalı bir kapta metan (CH₄) ve oksijen gazları tamamen tepkimeye girerek karbon dioksit ve su oluşturuyor. Tepkime sonunda kaptaki;
I. Toplam kütle
II. Toplam molekül sayısı
III. Toplam atom sayısı
niceliklerinden hangileri kesinlikle değişmez?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III

Merhaba sevgili öğrenciler!

Bu soru, kimyasal tepkimelerde korunan ve korunmayan nicelikleri anlamamız için harika bir fırsat sunuyor. Bir kimyasal tepkimeyi incelerken, özellikle kapalı bir kapta gerçekleştiğinde, bazı temel yasalar devreye girer. Şimdi bu yasaları ve nicelikleri adım adım inceleyelim.

• Tepkime Denklemini Yazalım ve Dengeleyelim:

  Öncelikle, metan ($CH_4$) ve oksijen ($O_2$) gazlarının tepkimeye girerek karbon dioksit ($CO_2$) ve su ($H_2O$) oluşturduğu tepkimeyi yazıp dengelememiz gerekiyor. Bu, atomların korunumu ilkesini görselleştirmemize yardımcı olacaktır.

  $CH_4(g) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + H_2O(g)$ (Dengesiz)

  Atom sayılarını eşitlemek için katsayıları ayarlayalım:

  $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$ (Dengeli)

  Şimdi bu dengeli denklemi kullanarak her bir niceliği ayrı ayrı inceleyelim.

• I. Toplam kütle:

  Kimyasal tepkimelerde, kapalı bir sistemde kütle daima korunur. Bu, Kütlenin Korunumu Yasası olarak bilinir. Tepkimeye giren maddelerin (reaktiflerin) toplam kütlesi, tepkime sonucunda oluşan maddelerin (ürünlerin) toplam kütlesine eşittir. Kabımız kapalı olduğu için dışarıdan madde girişi veya çıkışı olmaz.

  Bu nedenle, toplam kütle kesinlikle değişmez.

• II. Toplam molekül sayısı:

  Kimyasal tepkimelerde moleküller parçalanır ve yeni moleküller oluşur. Bu süreçte, toplam molekül sayısı genellikle değişebilir. Toplam molekül sayısının korunup korunmadığı, tepkimenin stokiyometrisine (denklemdeki katsayılara) bağlıdır.

  Dengeli denklemimize bakalım:

  $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$

  • Tepkimeye giren molekül sayısı: $1$ molekül $CH_4 + 2$ molekül $O_2 = 3$ molekül
  • Tepkime sonucunda oluşan molekül sayısı: $1$ molekül $CO_2 + 2$ molekül $H_2O = 3$ molekül

  Bu özel tepkimede, tepkimeye giren ve oluşan molekül sayıları eşit olduğu için toplam molekül sayısı değişmemiştir. Ancak, "kesinlikle değişmez" ifadesi, bu durumun tüm kimyasal tepkimeler için geçerli olup olmadığını sorgular. Örneğin, $N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g)$ tepkimesinde $4$ molekül reaktiften $2$ molekül ürün oluşur, yani toplam molekül sayısı azalır. Bu nedenle, genel olarak kimyasal tepkimelerde toplam molekül sayısı değişebilir.

  Dolayısıyla, toplam molekül sayısı kesinlikle değişmez diyemeyiz.

• III. Toplam atom sayısı:

  Kimyasal tepkimelerde atomlar yoktan var olmaz veya vardan yok olmazlar; sadece yeniden düzenlenirler. Tepkimeye giren atomların türü ve sayısı, tepkime sonucunda oluşan atomların türü ve sayısıyla aynı kalır. Bu, Atomun Korunumu Yasasıdır.

  Dengeli denklemimize tekrar bakalım:

  $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$

  • Tepkimeye giren atomlar:
    • Karbon (C): $1$ tane ($CH_4$'ten)
    • Hidrojen (H): $4$ tane ($CH_4$'ten)
    • Oksijen (O): $2 \times 2 = 4$ tane ($2O_2$'den)
  • Tepkime sonucunda oluşan atomlar:
    • Karbon (C): $1$ tane ($CO_2$'den)
    • Hidrojen (H): $2 \times 2 = 4$ tane ($2H_2O$'dan)
    • Oksijen (O): $2$ tane ($CO_2$'den) $+ 2$ tane ($2H_2O$'dan) $= 4$ tane

  Gördüğümüz gibi, tepkimeye giren ve oluşan her bir atom türünün sayısı eşittir.

  Bu nedenle, toplam atom sayısı kesinlikle değişmez.

Sonuç olarak, kapalı bir kapta gerçekleşen bu kimyasal tepkimede toplam kütle ve toplam atom sayısı kesinlikle değişmezken, toplam molekül sayısı genel olarak değişebilir (bu özel tepkimede değişmese bile, "kesinlikle" ifadesi genel bir kuralı sorgular).

Cevap C seçeneğidir.