Katlı Oranlar Kanunu

Hayatının büyük bölümünü kendini eğiterek geçiren İngiliz kimyacı John Dalton çalışma hayatına meteorolojik gözlemler yaparak başladı. Yaptığı gözlemler onu atmosferi oluşturan gazların doğasını anlamaya yöneltti. Acaba bu gazların yapısı nasıldı?

Farklı gazlar üzerine yaptığı uzun çalışmalar sonucunda bir tablo hazırladı. Bu tabloda üzerinde çalıştığı gazların ağırlıklarını açıkladı.

Gaz Göreceli Ağırlığı
Hidrojen 1
Azot 4.2
Karbonmonoksit 4.3
Oksijen 5.5
Su 6.5
Karbondioksit 9.8

 

Sonraki 5 yıl boyunca Dalton atom ve atom ağırlıkları üzerine çalışmaya devam etti.

Dalton, kendi adıyla anılan atom teorisini şu maddeler üzerine temellendirdi:

  1. Elementler, atom denilen küçük bölünemez taneciklerden oluşur.
  2. Elementlerin kendilerine has kütleleri vardır.
  3. Atomlar bileşik oluştururken tam sayılı oranlarda birleşirler.
  4. Kimyasal reaksiyon esnasında atomlar yeni bileşik oluşturmak için yer değiştirirler.
  5. Atomlar kimyasal reaksiyon esnasında kimliklerini korurlar.

 

Dalton bu prensipler üzerine temellendirdiği, gazlar üzerindeki çalışmaları sırasında bir şey fark etti. Azot gazı oksijen ile reaksiyona girdiğinde farklı yapıda iki gaz oluşmaktaydı. Aynı durum karbon için de geçerliydi. Dalton yaptığı elementlerin ağırlığı tablosundan yararlanarak şu hesabı yaptı:

 

CO (karbon monoksit için) CO2 (karbon dioksit için)
 C/O= 4,3/5,5  = 0,78  C/O= 4,3/11,0 = 0,39
  C/O Oranı CO ve CO2 için karşılaştırılırsa = 0,78/0,39  = 2/1

 

Bu gözlem Dalton’u şu sonuca ulaştırdı:

Elementler her zaman aralarında, ağırlıklarının oranı tam sayı edecek şekilde birleşirler.

Dalton’un bu görüşü Katlı Oranlar Kanunu olarak kabul edildi. Dalton bu düşüncesini ve düşüncesini geliştirirken temel aldığı atom kütlelerini 1803’te yayınladı. Dalton element ağırlıklarını tespit ederken hidrojeni esas aldı. Hidrojenin ağırlığını 1 kabul edip diğerlerinin ağırlıklarını da buna göre hesaplayan Dalton, bu elementlerin oluşturduğu bileşikleri şekiller ile açıkladı.

Dalton, bu çalışmalarında bazı molekülleri doğru açıklayabilmişken bazılarını ise doğru açıklayamamıştır. Resim 2’deki tabloda karbon monoksit (CO) (25) ve karbon dioksiti (CO2) (28) doğru açıklarken, suyu (H2O) (21), günümüzdeki bilgilere göre yanlış açıklamıştır.

Resim: Dalton’un açıkladığı element isimleri ve sembolleri.

 

Resim: Dalton’un açıkladığı elementler ve oluşturdukları bileşikler.

Dalton, bir varsayım daha ortaya koydu:

Atomlar tek bir oranda birleştiklerinde, aksi bir durum olmadıkça ikili birleşmiş olurlar.

Ancak, bu varsayım molekül kavramının o dönem pek tanınmamasından dolayı kabul edilmedi. Buna bağlı olarak Dalton atom teorisi uzun süre kabul edilmemiştir.

Dalton’un bu çalışmaları kimyasal reaksiyonların betimlenebilmesini sağlamaktaydı. Ancak deneysel bilgilerle karşılaştırıldığında eksiklikleri olduğu görülüyordu. Dalton’a göre bir hacim azot gazı (N2) bir hacim oksijen (O2) ile birleştiğinde bir hacim azot oksit (NO) gazı vermekteydi:

Ancak, bir hacim azot bir hacim oksijenle birleştiğinde sonuç iki hacim azot oksit bileşiğiydi. Fransız kimyacı Joseph Louis Gay-Lussac, yaptığı deneyler sonucunda bu reasiyondan iki hacim azot oksit bileşiği oluştuğunu gösterdi. Dalton, Gay-Lussac’ın deneyinin sonucunu açıklayamıyordu. İsveçli kimyacı Jöns Jacob Berzelius bu noktada Gay-Lussac’a destek çıktı. Gay-Lussac’ın düşüncesine göre hacimler de atomlar gibi birleşebiliyordu. Bundan eşit miktardaki hacimlerin eşit sayıda atom içerdiği anlaşılıyordu. Bu eşitlikten de bileşik formülleri de hesaplanabiliyordu.

 

 Öğretmenler için öneriler

Yukarıdaki metinde katlı oranlar kanunun ortaya çıkışına yer verilmiştir. Kanunu keşfeden John Dalton’un çalışma hayatına meteorolojik gözlemler yaparak başlaması anlatım esnasında vurgulanabilir. Metin içerisinde verilen tabloda Dalton tarafından tespit edilen element ağırlıklarına yer verilmiştir. Dalton’un bu ağırlıkları tespit ederken referans kaynağı olarak hidrojeni kullandığı ve diğer elementlerin ağırlıklarını da hidrojene göre hesapladığı anlatım esnasında vurgulanabilir.

Dalton’un çalışmalarında suyun yapısını HO şeklinde açıkladığı, ancak suyun günümüzde kabul edilen molekül formülünün H2O şeklinde olduğu ve katlı oranlar kanunun bazı yerlerde eksik kaldığı vurgulanır.

Yukarıdaki hikâyede katlı oranlar kanunun ortaya çıkışında John Dalton’un takip ettiği bilimsel yönteme yer verilmiştir. Dalton’un bilimsel yöntem olarak element ağırlıklarını keşfetmede deneyi kullandığı, bazı molekül formüllerini açıklarken de düşünce deneyini kullandığı görülmektedir. Bu bilgilerin verilmesiyle bilim insanları tarafından kullanılan bilimsel yöntemin ve basamaklarının anlaşılabilmesi, kimya biliminde sadece tek bir bilimsel yöntemin olmayıp pek çok bilimsel yöntemin var olduğunun öğrenciler tarafından anlaşılması amaçlanmaktadır.

Bu kısımdaki bilgilerden özellikle Dalton’un “Atomlar tek bir oranda birleştiklerinde, aksi bir durum olmadıkça ikili birleşmiş olurlar” sözü ile ne anlatılmak istendiği öğrenciler ile tartışılabilir. Dalton’un görüşlerinin eksik kaldığı noktalar öğrencilere vurgulanabilir.

 

 

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir