Temel Kanunlar ve Kimyasal Hesaplamalar

Açık havada paslanan bir demir parçasının kütlesi artabilir. Bu, yoktan madde oluştuğunu göstermez; havadaki oksijen demir içeren yeni bileşiklerin yapısına katılmıştır. Yalnız demiri tartmakla bütün sistemi tartmak aynı ölçüm değildir.

Bir tepkimede dışarıyla madde alışverişi olmayan sistemin toplam kütlesi korunur. Gazın kaçtığı veya dışarıdan gazın katıldığı açık düzeneklerde yalnız kabı tartınca artış ya da azalış görülebilir. Hesaba hangi maddeleri kattığımız kanunu doğru uygulamanın ilk adımıdır.

Kimyasal tepkimelerde atomlar yeniden düzenlenir; çekirdek türleri ve atom sayıları korunur. Bu yüzden toplam giren kütlesi toplam çıkan kütlesine eşittir. 12 g karbon, 32 g oksijenle tamamen CO₂ oluşturuyorsa ürün 44 g’dır.

Başlangıçta 12 g C ve 40 g O₂ varsa, bu koşulda 44 g CO₂ ve 8 g artan O₂ bulunur. Ürün kütlesini doğrudan başlangıç toplamı 52 g almak yanlıştır; toplam son kütle ürün ve artan maddeyi kapsar.

Belirli bir saf bileşikte elementlerin kütle oranı sabittir. H₂O’da H ve O’nun yaklaşık atom kütleleri 1 ve 16 alınırsa $\displaystyle m_\mathrm{H}:m_\mathrm{O}=2:16=1:8$ olur. 9 g suda 1 g H ve 8 g O; 27 g suda 3 g H ve 24 g O bulunur.

Bu oran bileşiğe aittir, başlangıçta kaba konan bütün karışıma değil. 2 g H₂ ile 8 g O₂’den su oluşturulurken 1 g H₂ artar. Sabit oranlar bileşiğin miktarından bağımsızdır; karışımların bileşimi ise değişebilir.

FeS için yaklaşık atom kütleleri Fe = 56 ve S = 32 alınır; demir/kükürt kütle oranı $\displaystyle 56/32=7/4$ olur. 14 g Fe için gereken S miktarı 8 g’dır. Başlangıçta 14 g Fe ve 10 g S varsa tam tepkime sonunda 22 g FeS ile 2 g S kalır.

Tepkime öncesindeki demir–kükürt karışımında demir mıknatısla ayrılabilirken oluşan FeS başlangıç maddeleriyle aynı özellikte değildir. Deneysel gözlem, bileşik oluşumunda yeni kimyasal kimlik kazanıldığını gösterir; bu anlatım gözetimsiz deney yönergesi değildir.

Aynı iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin sabit kütlesiyle birleşen diğerinin kütleleri arasında küçük tam sayılı oranlar bulunabilir. CO ve CO₂’de 12 g C ile sırasıyla 16 ve 32 g O birleşir; oksijen kütleleri oranı 1:2’dir.

Karşılaştırılan örneklerde C kütleleri eşit değilse önce eşitlemek gerekir. Örneğin 28 g CO ile 88 g CO₂ doğrudan karşılaştırılmaz; ikinci örnek iki kat karbon içerir. Kanun aynı iki elementten oluşan farklı bileşikler içindir; üç elementli farklı maddelere veya rastgele karışımlara uygulanmaz.