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 6.022140761023 mol−1 olarak tanımlanmaktadır. Gerçek atomik görünümde, maddenin 1 molü, 6.022140761023 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 (6.022140761023 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.
Parçacıkların doğası
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.
Türetilmiş miktarlar
Molar miktarlar (mol başına)
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.
Miktar konsantrasyonu (Litre başına mol)
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.
Bu miktar, ilgilenilen maddenin kütlesinin çözelti hacmine bölünmesiyle elde edilen kütle konsantrasyonu ile karıştırılmamalıdır.
Miktar fraksiyonu (mol başına mol)
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
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.
1777: Wenzel, "baz bileşen" ve "asit bileşen" oranlarının iki nötr tuz arasındaki reaksiyonlar sırasında aynı kaldığını gösterdiği Afinite Dersleri'ni yayınlamıştır.
1789: Lavoisier, bir kimyasal element kavramını tanıtan ve kimyasal reaksiyonlar için kütlenin korunumu yasasını açıklayan ilk kimya incelemesini yayınlamıştır.
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.
1808: Dalton'un ilk atom ağırlıkları tablosunu (H = 1'e dayalı olarak) içeren Yeni Bir Kimya Felsefesi Sistemi yayınlanmıştır.
1809:Gay-Lussac'ın gazların kimyasal tepkimelerinde girenlerin ve ürünlerin hacimleri arasında tam sayılı bir ilişki belirten hacimleri birleştirme yasası ortaya çıkmıştır.
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.
1813/1814: Berzelius, O = 100 ölçeğine dayanan birkaç atom ağırlığı tablosundan ilkini yayınlamıştır.
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
1819:Dulong-Petit yasası, katı bir elementin atom ağırlığını özgül ısı kapasitesiyle ilişkilendirmiştir.
1819: Mitscherlich'in kristal izomorfizmi üzerindeki çalışması, birçok kimyasal formülün açıklığa kavuşturulmasına izin vererek, atom ağırlıklarının hesaplanmasındaki birkaç belirsizliği çözmektedir
1834: Clapeyron ideal gaz yasasını belirtmiştir.
1834: Faraday, elektroliz yasalarını, özellikle "bir akımın kimyasal ayrıştırma eyleminin sabit bir elektrik miktarı için sabit olduğunu" belirtmiştir.
1856: Krönig, ideal gaz yasasını kinetik teoriden türetmiştir. Clausius, ertesi yıl bağımsız bir türetme yayınlamıştır.
1909:Perrin, Avogadro sabiti adını verir ve değerini tahmin etmektedir.
1913: Soddy ve Thomson tarafından radyoaktif olmayan elementlerin izotoplarının keşfini gerçekleştirmiştir.
1914: Richards, "çok sayıda elementin atom ağırlığını belirlemesi" nedeniyle Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.
1920: Aston, Prout'un hipotezinin güncellenmiş bir versiyonu olan tam sayı kuralını önermiştir.
1921: Soddy, "radyoaktif maddelerin kimyası ve izotop araştırmaları üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle" Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.
1922: Aston, "çok sayıda radyoaktif olmayan elementteki izotopları keşfettiği ve tam sayı kuralı için" Nobel Kimya Ödülü'nü almıştır.
1926: Perrin, kısmen Avogadro sabitini ölçme çalışmaları nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'nü almıştır.
1959/1960: IUPAP ve IUPAC tarafından benimsenen 12C = 12'ye dayalı birleşik atomik kütle birimi ölçeği belirlenmiştir.
1968: Mol, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi (CIPM) tarafından Uluslararası Birimler Sistemine (SI) dahil edilmesi için önerilmiştir.
1972: Mol, madde miktarının SI temel birimi olarak onaylanmıştır.
2019: Köstebek, SI'da "6.02214076 1023 belirtilen temel varlıkları içeren bir sistemin madde miktarı" olarak yeniden tanımlanmıştır.