Madde miktarı

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Madde miktarı, kimya alanında içindeki ayrı atomik ölçekli parçacıkların sayısının Avogadro sabiti NA'ya bölümü olarak tanımlanmaktadır. Özetle atomik görüşte, madde miktarı, maddeyi oluşturan parçacıkların sayısıdır.[1][2][3] Parçacıklar veya maddeler, bağlama bağlı olarak moleküller, atomik, iyonik, elektron veya başka bir yapıda bulunabilmektedirler. Avogadro sabiti NA'nın değeri 6.02214076×1023 mol−1 olarak tanımlanmaktadır. Gerçek atomik görünümde, maddenin 1 molü, 6.02214076×1023 adet (Avogadro sayısı kadar) parçacık içermektedir.[4] Madde miktarı, kimyasal miktar olarak da adlandırılmaktadır.

Mol, Uluslararası Birim Sistemi'nde (2019'dan beri) Avogadro sabitini verilen değerde tanımlayan bir madde miktarı birimidir. Daha önceki dönemlerde, 12 gramlık karbon-12 izotopundaki madde miktarı olarak bilinmekteydi. Bir kimyasal bileşiğin bir molünün gram cinsinden kütlesi, bileşiğin bir molekülünün kütlesine sayısal olarak eşittir. Ayrıca, mol başına düşen gram cinsinden bir izotopun molar kütlesi, kütle sayısına eşittir. Örneğin, bir su molekülünün kütlesi ortalama olarak yaklaşık 18.015  dalton iken, bir mol suyun (6.02214076×1023 su molekülü içerir) toplam kütlesi yaklaşık 18.015 gram olarak hesaplanmaktadır.

Molekül modeli

Kimyada, çoklu oranlar kanunu nedeniyle, kütle (gram) veya hacim (litre) yerine madde miktarlarıyla (yani mol veya molekül sayısı) çalışmak genellikle çok daha uygundur. Örneğin, "1 molekül oksijen (O2) 2 molekül hidrojen (H2) ile reaksiyona girerek 2 molekül su (H2O) oluşturur." ifadesi, "2 mol su oluşturmak için 1 mol O2, 2 mol H2 ile reaksiyona girmektedir." şeklinde de ifade edilebilir. Kütle cinsinden ifade edilen aynı kimyasal gerçek, "32 g (1 mol) oksijen, yaklaşık 4.0304 g (2 mol H2) hidrojen ile reaksiyona girerek yaklaşık 36.0304 g (2 mol) su oluşturur" şeklinde de ifade edilebilmektedir. Hacim açısından sayılar, reaktiflerin ve ürünlerin basıncına ve sıcaklığına bağımlı olarak değişmektedir. Aynı nedenlerle, çözeltideki reaktiflerin ve ürünlerin konsantrasyonları genellikle litre başına gram yerine litre başına mol olarak belirtilmektedir.

Madde miktarı, termodinamikte de kullanılan bir kavramdır. Örneğin, belirli bir hacimdeki bir alıcıda, belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir miktardaki soy gazın basıncı, kütlesiyle değil, gazdaki moleküllerin sayısıyla (ideal gaz yasası yoluyla) doğrudan ilişkilendirilmektedir.

Partikül sayısı yerine kütle veya hacim gibi diğer ölçümlere atıfta bulunulmaktadır.[5] "Madde miktarı" yerine "entalpi" [6] ve "stokiyometrik (element ölçüsü) miktar" gibi daha kolay ayırt edilebilir terimlerde kullanılması önerilmektedir.[5]

IUPAC (Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği), kütle miktarının "kilogram sayısı" olarak adlandırılmaması gerektiğini düşündüğü gibi, "mol sayısı" yerine "madde miktarı"nın kullanılmasını önermektedir.[7]

Parçacıkların doğası[değiştir | kaynağı değiştir]

Belirsizliği önlemek için parçacıkların doğası, madde miktarının herhangi bir ölçümünde belirtilmelidir. Bu nedenle, 1 mol oksijen atomu (O) yaklaşık 16 gram olmasına rağmen 1 mol oksijen molekülü (O2) yaklaşık 32 gram olarak tanımlanmaktadır.[7][8]

Türetilmiş miktarlar[değiştir | kaynağı değiştir]

Molar miktarlar (mol başına)[değiştir | kaynağı değiştir]

Homojen bir karışımın kapsamlı fiziksel miktarının madde miktarına oranı, molar olarak adlandırılan maddenin yoğun bir özelliğidir.[7] Hacimden, oda sıcaklığında sıvı su için yaklaşık 17.962 mililitre/mol ve demir için 7.092 mL/mol olan molar hacim elde edilmektedir. Isı kapasitesinden, su için yaklaşık 75.385 J ve demir için yaklaşık 25.10 J/K/mol olan molar ısı kapasitesi elde edilmektedir.

Miktar konsantrasyonu (Litre başına mol)[değiştir | kaynağı değiştir]

Bir başka önemli türetilmiş miktar, klinik kimyada miktar konsantrasyonu olarak da adlandırılan madde konsantrasyonunun miktarıdır. Bir çözelti numunesindeki (veya başka bir karışımdaki) belirli bir maddenin miktarının numunenin hacmine bölümü olarak tanımlanmaktadır.[9][10]

Bu miktarın SI birimi,litresi başına moldür (mol/litre). Örneğin, okyanus suyundaki sodyum klorür miktarı konsantrasyonu tipik olarak yaklaşık 0,599 mol/L olarak ifade edilmektedir.

Litre ölçüm kabı

Payda, çözücünün değil, çözeltinin hacmidir. Bu nedenle, örneğin, bir litre standart votka, yaklaşık 0.40 L etanol (315 g, 6.85 mol) ve 0.60 L su içerir. Bu nedenle etanol miktarı konsantrasyonu (6,85 mol etanol)/ (0,60 L su)olarak değil, (6,85 mol etanol)/(1 L votka) = 6,85 mol/L olarak hesaplanmaktadır.

Kimyada, "mol/L" birimi molar olarak ifade edilmektedir. Ayrıca bu birim "M" sembolüyle belirtilmektedir. Bu nedenle, örneğin, su içindeki "0.5 molar" veya "0.5 M" üre (CH4N2O) çözeltisinin her litresi, bu molekülden 0,5 mol içerir. Ek olarak, konsantrasyon miktarına genellikle çözeltideki ilgilenilen maddenin molaritesi de denilmektedir. Ancak, Mayıs 2007 itibarıyla, bu terimler ve semboller IUPAC tarafından hoş görülmemektedir.

Bu miktar, ilgilenilen maddenin kütlesinin çözelti hacmine bölünmesiyle elde edilen kütle konsantrasyonu ile karıştırılmamalıdır.

Miktar fraksiyonu (mol başına mol)[değiştir | kaynağı değiştir]

Miktar konsantrasyonu veya "molarite", ilgili maddenin mol (molekül) sayısının çözelti numunesindeki toplam mol (molekül) sayısına bölünmesi gereken "molar konsantrasyon"dan da ayırt edilmelidir. Bu miktara daha doğru olarak miktar fraksiyonu denilmektedir.

Tarihçe[değiştir | kaynağı değiştir]

Simyacıların ve özellikle ilk metalürjistlerın, bir madde miktarı kavramına sahip olduğu düşünülmektedir. Ancak bir dizi tarifin ötesinde fikrin herhangi bir genelleştirilmesine dair hayatta kalan hiçbir kayıt bulunamaktadır. 1758'de Mikhail Lomonosov, kütlenin maddenin miktarının tek ölçüsü olduğu fikrini sorgulamıştır. Ancak bunu yalnızca yerçekimi teorileriyle ilgili olarak gerçekleştirmiştir. Madde miktarı kavramının gelişimi, modern kimyanın doğuşuyla aynı zamana denk gelmektedir.[11]

  • 1777: Wenzel, "baz bileşen" ve "asit bileşen" oranlarının iki nötr tuz arasındaki reaksiyonlar sırasında aynı kaldığını gösterdiği Afinite Dersleri'ni yayınlamıştır.[12]
  • 1789: Lavoisier, bir kimyasal element kavramını tanıtan ve kimyasal reaksiyonlar için kütlenin korunumu yasasını açıklayan ilk kimya incelemesini yayınlamıştır.[13]
  • 1792: Richter, Stokiyometri veya Kimyasal Elementleri Ölçme Sanatı'nın ilk cildini yayınlamıştır. Bu sene içeriisinde "Stokiyometri" terimi ilk kez kullanılmaktadır. Asit-baz reaksiyonları için ilk eşdeğer ağırlık tabloları yayınlanmıştır. Richter ayrıca, belirli bir asit için asidin eşdeğer kütlesinin, bazdaki oksijen kütlesiyle orantılı olduğunu dair de çalışmalar gerçekleştirmiştir.[12]
  • 1794: Proust'un belirli oranlar kanunu, eşdeğer ağırlıklar kavramını sadece asit-baz reaksiyonlarına değil, tüm kimyasal reaksiyon türlerine genelleştirmiştir.[12]
    İdeal gaz denklemi
    1805:Dalton, "gaz halindeki ve diğer cisimlerin nihai parçacıklarının ağırlıklarının bir tablosu" da dahil olmak üzere modern atom teorisi üzerine ilk makalesini yayınlamıştır.[14]
  • 1808: Dalton'un ilk atom ağırlıkları tablosunu (H = 1'e dayalı olarak) içeren Yeni Bir Kimya Felsefesi Sistemi yayınlanmıştır.[15]
  • 1809:Gay-Lussac'ın gazların kimyasal tepkimelerinde girenlerin ve ürünlerin hacimleri arasında tam sayılı bir ilişki belirten hacimleri birleştirme yasası ortaya çıkmıştır.[16]
  • 1811:Avagadro büyüklüğü ortaya atılmıştır. Avogadro, eşit hacimde farklı gazların (aynı sıcaklık ve basınçta) eşit sayıda parçacık içerdiğini varsayar, bu şimdi Avogadro yasası olarak bilinmektedir.[17]
  • 1813/1814: Berzelius, O = 100 ölçeğine dayanan birkaç atom ağırlığı tablosundan ilkini yayınlamıştır.[12][18][19]
  • 1815: Prout, tüm atom ağırlıklarının hidrojenin atom ağırlığının tam sayı katları olduğu hipotezini yayınlamıştır. Hipotez daha sonra klorun gözlenen atom ağırlığı göz önüne alındığında terk edilmiştir[20]
  • 1819:Dulong-Petit yasası, katı bir elementin atom ağırlığını özgül ısı kapasitesiyle ilişkilendirmiştir.[21]
  • 1819: Mitscherlich'in kristal izomorfizmi üzerindeki çalışması, birçok kimyasal formülün açıklığa kavuşturulmasına izin vererek, atom ağırlıklarının hesaplanmasındaki birkaç belirsizliği çözmektedir[12]
  • 1834: Clapeyron ideal gaz yasasını belirtmiştir.[22]
  • 1834: Faraday, elektroliz yasalarını, özellikle "bir akımın kimyasal ayrıştırma eyleminin sabit bir elektrik miktarı için sabit olduğunu" belirtmiştir.[23]
  • 1856: Krönig, ideal gaz yasasını kinetik teoriden türetmiştir.[24] Clausius, ertesi yıl bağımsız bir türetme yayınlamıştır.[25]
  • 1909:Perrin, Avogadro sabiti adını verir ve değerini tahmin etmektedir.[26]
  • 1913: Soddy ve Thomson tarafından radyoaktif olmayan elementlerin izotoplarının keşfini gerçekleştirmiştir.[27][28]
  • 1914: Richards, "çok sayıda elementin atom ağırlığını belirlemesi" nedeniyle Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.[29]
  • 1920: Aston, Prout'un hipotezinin güncellenmiş bir versiyonu olan tam sayı kuralını önermiştir.[30]
  • 1921: Soddy, "radyoaktif maddelerin kimyası ve izotop araştırmaları üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle" Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.[31]
  • 1922: Aston, "çok sayıda radyoaktif olmayan elementteki izotopları keşfettiği ve tam sayı kuralı için" Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.[32]
  • 1926: Perrin, kısmen Avogadro sabitini ölçme çalışmaları nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'nü almıştır.[33]
  • 1959/1960: IUPAP ve IUPAC tarafından benimsenen 12C = 12'ye dayalı birleşik atomik kütle birimi ölçeği belirlenmiştir.[34]
  • 1968: Mol, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi (CIPM) tarafından Uluslararası Birimler Sistemine (SI) dahil edilmesi için önerilmiştir.[35]
  • 1972: Mol, madde miktarının SI temel birimi olarak onaylanmıştır.[35]
  • 2019: Köstebek, SI'da "6.02214076 × 1023 belirtilen temel varlıkları içeren bir sistemin madde miktarı" olarak yeniden tanımlanmıştır.[36]

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Baranski, A. (2012) "The Atomic Mass Unit, the Avogadro Constant, and the Mole: A way to Understanding" J. Chem. Educ. 89: 97–102. DOI:10.1021/ed2001957
  2. ^ Giunta, C. J. (2015) "The Mole and Amount of Substance in Chemistry and Education: Beyond Official Definitions" J. Chem. Educ. 92: 1593–97. DOI:10.1021/ed2001957
  3. ^ Schmidt-Rohr, K. (2020). "Analysis of Two Definitions of the Mole That Are in Simultaneous Use, and Their Surprising Consequences” J. Chem. Educ. 97: 597–602. DOI:10.1021/acs.jchemed.9b00467
  4. ^ Brown, L.; Holme, T. (2011) Chemistry for Engineering Students, Brooks/Cole.
  5. ^ a b Giunta, Carmen J. (25 Şubat 2016). "What's in a Name? Amount of Substance, Chemical Amount, and Stoichiometric Amount". Journal of Chemical Education. 93 (4): 583-586. doi:10.1021/acs.jchemed.5b00690. ISSN 0021-9584. 
  6. ^ "E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008)" (PDF). s. 4. 20 Aralık 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Mayıs 2019. 
  7. ^ a b c Quantities, units, and symbols in physical chemistry. 2nd ed. Ian Mills, International Union of Pure and Applied Chemistry, Terminology, and Units International Union of Pure and Applied Chemistry. Commission on Physicochemical Symbols. Oxford: Blackwell Scientific Publications. 1993. ISBN 0-632-03583-8. OCLC 27011505. 
  8. ^ Gold, Victor, (Ed.) (2019). The IUPAC Compendium of Chemical Terminology: The Gold Book. 4 (İngilizce). Research Triangle Park, NC: International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). doi:10.1351/goldbook.a00297. 
  9. ^ Gold, Victor, (Ed.) (2019). The IUPAC Compendium of Chemical Terminology: The Gold Book. 4 (İngilizce). Research Triangle Park, NC: International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). doi:10.1351/goldbook.a00298. 
  10. ^ Lehmann, H. P.; Fuentes-Arderiu, X.; Bertello, L. F. (1 Ocak 1996). "Glossary of terms in quantities and units in Clinical Chemistry (IUPAC-IFCC Recommendations 1996)". Pure and Applied Chemistry. 68 (4): 957-1000. doi:10.1351/pac199668040957. ISSN 1365-3075. 
  11. ^ Lomonosov, Mikhail (1970). "On the Relation of the Amount of Material and Weight". Leicester, Henry M. (Ed.). Mikhail Vasil'evich Lomonosov on the Corpuscular Theory. Cambridge, MA: Harvard University Press. ss. 224-33 – Internet Archive vasıtasıyla. 
  12. ^ a b c d e "Atome". Grand dictionnaire universel du XIXe siècle. Cilt 1. Paris: Pierre Larousse. 1866. ss. 868-73. . (Fransızca)
  13. ^ Lavoisier, Antoine (1789). Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes. Paris: Chez Cuchet. . (Fransızca)
  14. ^ Dalton, John (1805). "On the Absorption of Gases by Water and Other Liquids". Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. 2nd Series. Cilt 1. ss. 271-87. 
  15. ^ Dalton, John (1808). A New System of Chemical Philosophy. Manchester: London. 
  16. ^ Gay-Lussac, Joseph Louis (1809). "Memoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres". Mémoires de la Société d'Arcueil. Cilt 2. s. 207.  English translation.
  17. ^ Avogadro, Amedeo (1811). "Essai d'une maniere de determiner les masses relatives des molecules elementaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique. Cilt 73. ss. 58-76.  English translation.
  18. ^ Excerpts from Berzelius' essay: Part II; Part III.
  19. ^ Berzelius' first atomic weight measurements were published in Swedish in 1810: Hisinger, W.; Berzelius, J.J. (1810). "Forsok rorande de bestamda proportioner, havari den oorganiska naturens bestandsdelar finnas forenada". Afh. Fys., Kemi Mineral. Cilt 3. s. 162. 
  20. ^ Prout, William (1815). "On the relation between the specific gravities of bodies in their gaseous state and the weights of their atoms". Annals of Philosophy. Cilt 6. ss. 321-30. 
  21. ^ Petit, Alexis Thérèse; Dulong, Pierre-Louis (1819). "Recherches sur quelques points importants de la Théorie de la Chaleur". Annales de Chimie et de Physique. Cilt 10. ss. 395-413.  English translation
  22. ^ Clapeyron, Émile (1834). "Puissance motrice de la chaleur". Journal de l'École Royale Polytechnique. 14 (23). ss. 153-90. 
  23. ^ Faraday, Michael (1834). "On Electrical Decomposition". Philosophical Transactions of the Royal Society. Cilt 124. ss. 77-122. doi:10.1098/rstl.1834.0008. 
  24. ^ Krönig, August (1856). "Grundzüge einer Theorie der Gase". Annalen der Physik. 99 (10). ss. 315-22. Bibcode:1856AnP...175..315K. doi:10.1002/andp.18561751008. 
  25. ^ Clausius, Rudolf (1857). "Ueber die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen". Annalen der Physik. 176 (3). ss. 353-79. Bibcode:1857AnP...176..353C. doi:10.1002/andp.18571760302. 
  26. ^ Perrin, Jean (1909). "Mouvement brownien et réalité moléculaire". Annales de Chimie et de Physique. 8e Série. Cilt 18. ss. 1-114.  Extract in English, translation by Frederick Soddy.
  27. ^ Soddy, Frederick (1913). "The Radio-elements and the Periodic Law". Chemical News. Cilt 107. ss. 97-99. 
  28. ^ Thomson, Joseph John (1 Ağustos 1913). "Bakerian Lecture:—Rays of positive electricity". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 89 (607): 1-20. doi:10.1098/rspa.1913.0057. 
  29. ^ Söderbaum, H.G. (November 11, 1915). Statement regarding the 1914 Nobel Prize in Chemistry.
  30. ^ Aston, Francis W. (1920). "The constitution of atmospheric neon". Philosophical Magazine. 39 (6). ss. 449-55. doi:10.1080/14786440408636058. 
  31. ^ Söderbaum, H.G. (December 10, 1921). Presentation Speech for the 1921 Nobel Prize in Chemistry.
  32. ^ Söderbaum, H.G. (December 10, 1922). Presentation Speech for the 1922 Nobel Prize in Chemistry.
  33. ^ Oseen, C.W. (December 10, 1926). Presentation Speech for the 1926 Nobel Prize in Physics.
  34. ^ Holden, Norman E. (2004). "Atomic Weights and the International Committee – A Historical Review". Chemistry International. 26 (1). ss. 4-7. 
  35. ^ a b Le Système International d'Unités (SI) = The International System of Units (SI). 8e éd. International Bureau of Weights and Measures. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures. 2006. ISBN 92-822-2213-6. OCLC 70240217. 
  36. ^ Bureau International des Poids et Mesures (2019): The International System of Units (SI), 9th edition, English version, p. 134. Available at the BIPM website.