Madde miktarı

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. 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. 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.

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. "Madde miktarı" yerine "entalpi" ve "stokiyometrik (element ölçüsü) miktar" gibi daha kolay ayırt edilebilir terimlerde kullanılması önerilmektedir.

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

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.

Homojen bir karışımın kapsamlı fiziksel miktarının madde miktarına oranı, molar olarak adlandırılan maddenin yoğun bir özelliğidir. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

1794: Proust'un belirli oranlar kanunu, eşdeğer ağırlıklar kavramını sadece asit-baz reaksiyonlarına değil, tüm kimyasal reaksiyon türlerine genelleştirmiştir.1805:Dalton, "gaz halindeki ve diğer cisimlerin nihai parçacıklarının ağırlıklarının bir tablosu" da dahil olmak üzere modern atom teorisi üzerine ilk makalesini yayınlamıştır.

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.