3.8: Bileşiklerin Formül Kütlesi ve Mol Kavramları

Kovalent Bileşiklerin Formül Kütlesi

Kimyasal formüller, maddelerin temel bileşimini temsil eder. Kovalent bileşikler için formül, maddenin tek bir molekülünü oluşturan atomların sayılarını ve türlerini temsil eder; bu nedenle, formül kütlesi doğru bir şekilde moleküler kütle olarak adlandırılabilir. Kovalent bir bileşik olan kloroformun moleküler formülü (CHCl₃), tek bir molekülün bir karbon atomu, bir hidrojen atomu ve üç klor atomu içerdiğini gösterir. Bir kloroform molekülünün ortalama moleküler kütlesi, bu atomların ortalama atom kütlelerinin toplamına eşittir:

Kimyasal formüller, maddelerin temel bileşimini temsil eder. Kovalent bileşikler için formül, maddenin tek bir molekülünü oluşturan atomların sayılarını ve türlerini temsil eder; bu nedenle, formül kütlesi doğru bir şekilde moleküler kütle olarak adlandırılabilir. Kovalent bir bileşik olan kloroformun moleküler formülü (CHCl₃), tek bir molekülün bir karbon atomu, bir hidrojen atomu ve üç klor atomu içerdiğini gösterir. Bir kloroform molekülünün ortalama moleküler kütlesi, bu atomların ortalama atom kütlelerinin toplamına eşittir:

İyonik Bileşiklerin Formül Kütlesi

İyonik bileşikler, elektriksel olarak nötr olan katı maddeler elde etmek üzere belli oranlarda birleştirilen ayrık katyonlardan ve anyonlardan oluşur. İyonik bir bileşik için formül kütlesi, kovalent bileşikler için formül kütlesi ile aynı şekilde hesaplanır: bileşiğin formülündeki tüm atomların ortalama atom kütlelerini toplayarak. Bununla birlikte, iyonik bir bileşik için formül, ayrı bir molekülün bileşimini temsil etmez, bu nedenle doğru bir şekilde "moleküler kütle" olarak adlandırılamaz.

Örneğin, bildiğimiz sofra tuzu veya sodyum klorür (NaCl), 1:1 oranında birleştirilen sodyum katyonlarından (Na⁺) ve klorür anyonlarından (Cl⁻) oluşan iyonik bir bileşiktir. Bu bileşik için formül kütlesi, bileşikteki elementlerin ortalama atomik kütlelerinin eklenmesiyle hesaplanır:

Bir iyonik bileşiğin formül kütlesini hesaplarken, sodyum katyonları ve klorür anyonları için kütleler yerine ortalama nötr sodyum ve klor atomları kütleleri kullanılmıştır. Bir sodyum katyonu bir sodyum atomundan biraz daha küçük bir kütleye sahip olsa da (bir elektron eksik olduğu için), bu fark bir klorür anyonunun bir klor atomundan biraz daha ağır olması (ekstra elektron nedeniyle) ile dengelenecektir. Dahası, bir elektronun kütlesi, tipik bir atomun kütlesine göre ihmal edilebilir derecede küçüktür.

Kütle Yüzde Bileşimi

Bir bileşiğin elemental içeriği kimyasal kimliğini tanımlar ve kimyasal formüller bu elemental içeriği temsil etmenin en özlü yoludur. Bileşikteki her bir elementin kütlesine göre yüzde, o elementin kütle yüzdesi olarak adlandırılır. Yüzde bileşimi, her bir elementin kütlesini bileşiğin toplam kütlesine bölerek hesaplanabilir ve daha sonra bir yüzdeye dönüştürülebilir.

Yüzde bileşimi, bilinen formüllerin farklı bileşiklerinde belirli bir elementin nispi bolluğunu değerlendirme konusunda yararlıdır. Söz konusu bileşiğin moleküler veya ampirik formülü bilindiği sürece, yüzde bileşimi bileşiğin elementlerinin atomik veya molar kütlelerinden türetilebilir.

Örneğin, bir nitrik asit molekülü (HNO₃) 14,01 amu ağırlığında bir azot atomu, 1,008 amu ağırlığında bir hidrojen atomu ve üç oksijen atomu (3 × 16,00 amu) = 48,00 amu içerir. Bu nedenle nitrik asidin formül kütlesi ( 14,01 amu + 1,008 amu + 48,00 amu) = 63,02 amu'dur ve yüzde bileşimi:

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Formula Mass and the Mole Concept and Openstax, Chemistry 2e, Section 3.2: Determining Empirical and Molecular Formulas.

Bir bileşiğin en küçük temsili birimi, bir kimyasal formülle gösterilen moleküldür Kimyasal formüldeki tüm atomların atomik kütleleri, toplanırsa, bileşiğin atomik kütle birimi cinsinden ölçülen moleküler kütlesini verir. Örneğin, sakkaroz veya sofra şekerinin moleküler kütlesini bulmak için, her bir elementin atomik kütlesi, karşılık gelen elementin atom sayısı ile çarpılır. Toplam, sakkarozun moleküler kütlesini verir.

Bir mol kimyasal bileşikte bulunan tüm moleküllerin kütlesine, mol başına gram olarak ölçülen molar kütlesi denir. Bir bileşiğin molar kütlesi sayısal olarak moleküler kütlesine eşittir. Örneğin, moleküler kütlesi 342, 3 atomik kütle birimine sahip sakkaroz, mol başına 342, 3 gramlık bir molar kütleye sahip olacaktır.

Kimyasal bir maddede bulunan gerçek molekül veya parçacık sayısını bilmek, bileşimini, etkileşimlerini ve kombinasyonlarını anlamak için çok önemlidir. Bununla birlikte, bir bileşiğin belirli bir örneğinde, gerçek molekül sayısını sıradan yollarla saymak pratik değildir. Molar kütle, mol ve Avogadro sayısı arasındaki ilişkiyi kullanarak, mevcut toplam moleküller hesaplanabilir.

Konsepte göre, bir bileşiğin molar kütlesi, 6.022 x 10^23 parçacığı oluşturan bileşiğin bir molüne eşdeğerdir. Bu nedenle, 342, 3 gram sakkaroz, 6.022 x 10^23 sakkaroz molekülü içerir. Bununla birlikte, örneğin bir sakkaroz numunesi 150 gram ağırlığındaysa, molekül sayısı bir çapraz çarpım yöntemi kullanılarak hesaplanabilir.

Sonuç olarak, 150 gram sakkarozun 2, 63 x 10^23 sakkaroz molekülünden oluştuğu görülmektedir. Bir bileşikteki her bir elementin yüzdesi, bir kütle-yüzde değeri kullanılarak ifade edilebilir. Hesaplamak için, bileşiğin bir molündeki elementin kütlesi, bileşiğin bir molünün toplam kütlesine bölünür ve bir yüzdeye dönüştürülür.

Pratikte, sakkarozdaki hidrojenin kütle yüzdesini hesaplamak için, hidrojen atomlarının toplam kütlesi ve sakkaroz moleküllerinin toplam kütlesi formüle dahil edilir. Hesaplanan değer, sakkarozun kütle olarak yüzde 6, 4 hidrojen içerdiğini göstermektedir.