TYT Kimya Formülleri: Hangi Soruda Hangi Bağıntı Kullanılır?

Mol, Tanecik Sayısı, Kütle ve Molar Kütle İlişkileri

Mol, çok büyük sayıdaki atom, molekül veya iyonu ifade etmek için kullanılan madde miktarı birimidir. Bir maddenin mol sayısı n, kütlesi m, molar kütlesi M ve tanecik sayısı N ile gösterilebilir. Molar kütle, bir mol maddenin gram cinsinden kütlesidir ve birimi g/mol'dür. Bu nedenle kütle ile mol arasında doğrudan, molar kütle üzerinden bir dönüşüm kurulur.

Temel bağıntılar şunlardır: n = m / M m = n · M N = n · NA n = N / NA

Burada NA, Avogadro sayısıdır ve 1 mol madde içindeki tanecik sayısını gösterir. Soruda gram verilip mol isteniyorsa kütle molar kütleye bölünür. Mol verilip tanecik sayısı isteniyorsa mol, Avogadro sayısıyla çarpılır. Ters yönde işlem yapılması gerektiğinde ilgili bağıntı bölme biçiminde kullanılır.

Molar kütle, formüldeki atomların bağıl atom kütleleri toplanarak bulunur. Örneğin H2O için M = 2 · 1 + 16 = 18 g/mol alınır. 36 g H2O için mol sayısı n = 36 / 18 = 2 mol olur; tanecik sayısı ise N = 2 · NA'dır. Buradaki tanecikler molekül olarak düşünülür. İyonik bir bileşikte ise formül, tek tek molekülleri değil iyonların en sade oranını gösterebilir; bu durumda hesaplanan değer molekül kütlesi yerine formül kütlesi olarak adlandırılır. NaCl için formül kütlesi, Na ve Cl'nin atom kütlelerinin toplamıdır.

Formülün alt indisleri bir taneciğin yapısındaki atom sayısını, başındaki katsayı ise tanecik veya mol miktarının kaç kat olduğunu gösterir. Bu ayrım, mol hesabında özellikle önemlidir; çünkü bir formüldeki alt indis doğrudan toplam madde miktarını değil, tek taneciğin bileşimini belirtir.

Kimyasal Tepkimelerde Mol Oranları ve Stokiyometrik Hesaplamalar

Stokiyometrik hesaplamalar, bir kimyasal tepkimede maddelerin hangi mol oranlarında tüketilip oluştuğunu bulmaya dayanır. Tepkime denklemindeki katsayılar, maddelerin tanecik sayılarını ve mol miktarlarını karşılaştıran oranları verir. Örneğin 2H2 + O2 → 2H2O denkleminde H2, O2 ve H2O arasındaki mol oranı 2 : 1 : 2'dir.

Bu oranlar, tepkimedeki bir maddenin molü bilindiğinde diğer maddelerin molünü bulmayı sağlar. Önce verilen kütle veya tanecik sayısı mol cinsine çevrilir. Ardından denklem katsayılarından gelen oran kullanılır. Sonuç başka bir birimde isteniyorsa son aşamada mol-kütle veya mol-tanecik bağıntısına dönülür. Yani tepkime hesabının merkezinde doğrudan gram oranı değil, katsayıların belirlediği mol oranı bulunur.

Örneğin 4 mol H2'nin tamamen tepkimeye girdiği 2H2 + O2 → 2H2O tepkimesinde, 2 mol H2 için 1 mol O2 gerektiğinden gereken O2 miktarı 2 mol olur. Aynı orana göre oluşan H2O miktarı 4 moldür. Eğer başlangıçta H2 miktarı gram olarak verilseydi önce n = m / M ile H2'nin molü hesaplanır, sonra katsayı oranı uygulanırdı. Bu işlem, farklı maddelerin molar kütleleri farklı olduğu için kütleleri doğrudan oranlamaktan daha güvenlidir.

Bir tepkimede birden fazla madde miktarı verilirse her birinin denklem oranına göre yeterli olup olmadığı karşılaştırılır. Tepkimeyi sınırlayan madde, gereken orana göre daha az miktarda bulunan ve ürün miktarını belirleyen maddedir; ancak ayrıntılı soru çözümünde önce denklem katsayılarıyla mol oranı kurulmalıdır. Saflık ve verim hesaplamaları da bu temel mol ve tepkime oranı ilişkilerinin üzerine kurulur; bu başlıklar ayrı bir hesaplama konusu olarak ele alınır.

Gazlarda Basınç, Hacim, Sıcaklık ve Mol İlişkileri

Gaz sorularında basınç P, hacim V, sıcaklık T ve mol sayısı n arasındaki ilişki incelenir. Hangi formülün kullanılacağı, hangi değişkenlerin sabit kaldığına ve soruda kaç durumun karşılaştırıldığına bağlıdır. Sıcaklık gaz taneciklerinin hareket enerjisiyle ilişkili olduğundan gaz bağıntılarında santigrat derece değil kelvin kullanılır.

Temel bağıntılar şunlardır: PV = nRT P1V1 / T1 = P2V2 / T2 (mol sayısı sabitse) P1V1 = P2V2 (sıcaklık ve mol sayısı sabitse) V1 / T1 = V2 / T2 (basınç ve mol sayısı sabitse) P1 / T1 = P2 / T2 (hacim ve mol sayısı sabitse)

Tek bir gaz durumu verilip P, V, n ve T arasındaki ilişki soruluyorsa ideal gaz bağıntısı PV = nRT kullanılır. İki farklı durum karşılaştırılıyorsa ve mol sayısı değişmiyorsa birleşik gaz bağıntısı tercih edilir. Örneğin sıcaklık sabitken bir gazın hacmi iki katına çıkarılırsa basınç yarıya iner; çünkü PV çarpımı sabit kalır. Basınç sabitken sıcaklık artırıldığında hacmin de artması beklenir; bu durumda V/T oranı korunur.

Örneğin bir gazın sıcaklığı ve mol sayısı sabitken hacmi 3 L'den 6 L'ye çıkarılırsa P1V1 = P2V2 bağıntısından P2 = P1/2 bulunur. Buna karşılık hem sıcaklık hem hacim değişiyorsa yalnızca basınç-hacim bağıntısı yeterli olmaz; değişen tüm büyüklükleri içeren P1V1/T1 = P2V2/T2 kullanılmalıdır. Mol sayısı değişiyorsa iki durumlu bağıntıya mol miktarı da dahil edilmeli veya her durum için PV = nRT yazılmalıdır.

Normal koşullarda gaz hacmi soruları, belirli bir sıcaklık ve basınç koşulunda mol ile hacim arasındaki sabit ilişkiyi kullanır; soruda verilen koşulların normal koşullara uygun olup olmadığı kontrol edilmelidir. Gaz değişkenleri arasındaki ayrıntılı konu anlatımı gaz yasaları başlığında incelenir.

Çözelti Derişimi, Seyreltme ve Çözelti Hazırlama

Derişim, bir çözeltide ne kadar çözünen madde bulunduğunu belirten ölçüdür. TYT sorularında molarite, molalite ve yüzde derişim birbirinden ayrılmalıdır; çünkü her biri farklı bir miktarı temel alır. Çözelti, çözünen madde ile çözücüden oluşur ve çözeltinin toplam hacmi veya toplam kütlesi, kullanılan derişim türüne göre önem kazanır.

Molarite, çözünenin mol sayısının çözeltinin litre cinsinden hacmine oranıdır: M = n / V n = M · V

Burada V litre cinsinden çözelti hacmidir. Hacim mililitre verilmişse önce litreye çevrilir. Örneğin 0,50 mol çözünen içeren 2 L çözeltinin molaritesi M = 0,50 / 2 = 0,25 M olur. Molarite sorusunda kütle veriliyorsa önce n = m/M ile çözünenin molü bulunur, ardından çözelti hacmiyle oran kurulur.

Molalite, çözünenin mol sayısının çözücünün kilogram cinsinden kütlesine oranıdır: molalite = çözünen molü / çözücü kütlesi (kg)

Molaritede çözeltinin hacmi, molalitede ise yalnızca çözücünün kütlesi kullanılır. Bu nedenle soru kökünde çözücü kütlesi veriliyorsa molalite; çözeltinin hacmi veriliyorsa molarite düşünülmelidir. Yüzde derişimde ise çözünen miktarının çözelti miktarına oranı kullanılır. Kütlece yüzde için yüzde derişim = (çözünen kütlesi / çözelti kütlesi) · 100 bağıntısı uygulanır. Çözelti kütlesi, çözünen ve çözücünün kütleleri toplamıdır.

Seyreltmede çözünen maddenin mol miktarı değişmez; yalnızca çözücü eklenerek çözeltinin hacmi artırılır ve derişim azaltılır. Bu nedenle başlangıç ve son durum için çözünen molü eşit yazılır: M1 · V1 = M2 · V2

Örneğin 2,0 M derişimli çözeltiden 0,50 L alınarak 1,0 M çözelti hazırlanacaksa 2,0 · V1 = 1,0 · 0,50 eşitliğinden V1 = 0,25 L bulunur. Son hacme ulaşmak için çözücü eklenir; başlangıçtaki çözünen miktarı korunur. Çözelti hazırlama sorularında da hedef derişim ve hedef hacimden gereken mol miktarı n = M · V ile bulunur, ardından bu mol miktarı uygun kütleye m = n · M bağıntısıyla çevrilir. Molarite ve diğer derişim türlerinin ayrıntılı konu anlatımı ilgili çözelti derişimi başlığında ele alınır.

Formüllerde Birim ve Sıcaklık Dönüşümleri

Formül doğru olsa bile büyüklükler uyumlu birimlerde değilse sonuç hatalı çıkar. Kütle-mol dönüşümünde molar kütle g/mol verilmişse kütle gram olmalıdır. Bu nedenle kilogram gram cinsine çevrilir veya molar kütle kg/mol biçimine dönüştürülür. Temel dönüşümler 1 kg = 1000 g ve 1 g = 1000 mg şeklindedir.

Gaz ve molarite hesaplarında hacim çoğunlukla litre cinsinden kullanılır. Bu nedenle 1 L = 1000 mL ve 1 mL = 0,001 L dönüşümleri önemlidir. Örneğin 250 mL çözelti, molarite bağıntısında 0,250 L olarak yazılır. Hacmi doğrudan 250 almak, sonucu 1000 kat hatalı çıkarabilir. Gaz sorularında basınç biriminin de kullanılan gaz sabitiyle uyumlu olması gerekir; sabitin birimleri farklıysa basınç birimi de buna göre çevrilmelidir.

Gaz bağıntılarında mutlak sıcaklık kullanılır: T(K) = t(°C) + 273

t(°C) = T(K) - 273

Örneğin 27 °C, 300 K olarak alınır. İki gaz durumu karşılaştırılırken sıcaklıklar santigrat olarak bırakılırsa sıcaklık oranı yanlış kurulur; çünkü gaz davranışında sıfır noktası santigrat ölçeğine göre değil kelvin ölçeğine göre değerlendirilir. Formülü yazmadan önce verilen her büyüklüğün birimini kontrol etmek, özellikle mL-L ve °C-K dönüşümlerindeki hataları önler.