Ünite 3: Çözeltilerin Fiziksel Özellikleri

Çözeltiler

Çözelti : Homojen karışımlardır. Çözeltiyi oluşturan maddelere çözelti bileşenleri adı verilir ve miktarı fazla olan bileşen çözücü , miktarı az olan bileşen ise çözünen olarak tanımlanmaktadır.

Çözelti Oluşum Süreci: Çözücü-Çözünen Etkileşimleri

İki bileşenli çözeltide bir maddenin diğer madde içerisinde homojen dağılma sürecine, yani çözelti oluşum sürecine çözünme denir.

Çözünme olayı bileşenlerin kendi molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinin niteliği ve niceliğine bağlıdır. Yani çözücü-çözücü, çözünen-çözünen, çözücü-çözünen maddelerinin etkileşimleri birbirine benzer ise çözünme olayı gerçekleşmektedir.

Solvasyon : Çözünme süreci ile kristalden çözeltiye gelen bir iyonun, elektrostatik etkileşim sonucu birkaç çözücü molekülü ile sarılması olayıdır.

Hidratlaşma : Çözücünün su olduğu durumlarda solvasyon olayı hidratlaşma olarak ifade edilmektedir.

Çözelti Oluşumundaki Enerji Değişimleri

Çözünme olayı ekzotermik veya endotermik olabilir.

Çözelti entalpisi: Bir maddenin bir molünün çok seyreltik bir çözelti oluşturmak üzere çözünmesi sırasında alınan veya verilen ısıya denir.

Çözücü ve çözünen moleküllerinin veya iyonlarının karışabilmesi için çözücü moleküllerinin kendi arasındaki ve çözünen moleküllerinin veya iyonlarının kendi arasındaki çekim kuvvetlerinin yenilmiş olması gerekir. Bu çekim kuvvetlerini yenme süreci endotermiktir ve enerji gerektirir.

Karışma nedeniyle oluşan çözünen-çözücü çekim kuvvetleri enerji açığa çıkarır ve bu süreç ekzotermik bir süreçtir. Çözeltinin entalpisi (ısısı), bu endotermik ve ekzotermik süreçlerin entalpilerinin büyüklüğüne bağlıdır.

Doymuş Çözelti ve Çözünürlük

Kristallenme : Çözünmüş maddenin çözeltiden ayrılması durumudur. Çözünme olayının tersidir. Çözünmemiş katısı bulunan bir çözeltide bu iki zıt durum her zaman mevcuttur.

Çözünme hızının kristallenme hızına eşit olduğu durumda, çözeltideki çözünmüş madde miktarı sabit bir değere ulaşır ve çözeltideki madde miktarında bir değişiklik meydana gelmez. Böyle çözeltilere doymuş çözelti adı verilir.

Belli miktarda çözücüde, doymuş çözelti oluşturmak için gereken çözünen kütlesine çözünürlük adı verilmektedir.

Bir çözelti çözünürlüğünden daha az miktarda, yani doymuş çözelti oluşturmak için gereken çözünen miktarından daha az çözünmüş madde içeren çözeltilere doymamış çözelti denir. Böyle çözeltilerde çözünmemiş katı madde bulunmaz ve içerdikleri çözünen miktarından daha fazla çözünen madde çözme kapasiteleri mevcuttur.

Çözünürlüğe Sıcaklığın Etkisi

Katıların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi

yonik maddelerin sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça genellikle artmaktadır. Ancak artan sıcaklıkla çözünürlüğü azalan maddeler de vardır. Bunlara örnek olarak lityum sülfat, sodyum sülfat verilebilmektedir.

Ayrımsal kristallendirme: Katıların farklı sıcaklıklarda farklı çözünürlüklere sahip olma özelliklerine dayanarak karışımlardan saf maddelerin elde edildiği saflaştırma yöntemidir.

Gazların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi

Gazların sudaki çözünürlüğü, genellikle artan sıcaklıkla azalmaktadır.

Gazların Çözünürlüğüne Basıncın Etkisi-Henry Yasası

Bir gazın herhangi bir çözücüdeki çözünürlüğü, çözücü üzerindeki gaz basıncının artmasıyla artmaktadır. Bu durumun nedeni, gazın çözelti fazındaki hali ile gaz fazındaki hali arasındaki dinamik dengedir.

Sıcaklık değişmeden çözelti üzerindeki gazın basıncı veya gaz fazının hacmi artırıldığında, gaz moleküllerinin birim zamanda sıvı yüzeyine çarpma sayısı artar ve gaz moleküllerinin çözelti fazına geçme hızı yani çözünürlüğü artar.

Henry Yasası : Çözünen gazın kısmi basıcı ile bir sıvıdaki çözünürlüğü arasındaki ilişkiyi açıklayan yasadır. “Sabit sıcaklıkta çözelti üzerindeki gazın kısmi basıncı ile gazın çözünürlüğünün doğru orantılı değiştiğini” ifade etmektedir.

Derişim Birimleri

Çözelti derişimleri nitel ve nicel olarak ifade edilebilir. Seyreltik ve derişik terimleri nitel olarak kullanılmaktadır. Nicel derişim birimleri olarak ise;

• Kütle yüzdesi, ppm ve ppb
• Mol kesri ve mol yüzdesi
• Molarite
• Molalite terimleri kullanılmaktadır.

Kütle Yüzdesi, ppm ve ppb

Çözeltinin 100 gramında bulunan çözünenin gram olarak kütlesidir.

ppm (milyonda kısım) : Çok seyreltik çözeltilerin derişiminin ifadesinde kullanılır. 1 ppm’lik bir çözelti, 1 kg çözeltide 1 mg çözünen madde içerir.

ppb (milyarda kısım) : Daha seyreltik çözeltiler için kullanılır. 1 ppb’lik bir sulu çözelti, litresinde (veya kilogramında) 1 mikrogram çözünen madde içeren çözeltidir.

Mol Kesri ve Mol Yüzdesi

Mol kesri : Çözeltideki bileşenlerden birinin mol sayısının çözeltideki bütün bileşenlerin mol sayılarının toplamına oranıdır. Mol kesrinin birimi yoktur. Çözeltideki bileşenlerin mol kesirlerinin toplamı 1’e eşittir. x ile gösterilir. Sıcaklıktan bağımsızdır.

Mol kesri=Bileşenin mol sayısı/Bileşenlerin toplam mol sayısı

Mol yüzdesi : Mol kesrinin 100 ile çarpılmış halidir.

Mol yüzdesi=Mol kesri x 100

Molarite

Bir litre çözeltide çözünenin mol sayısını belirten bir ifadedir. Sıcaklığa bağlıdır. M sembolü ile gösterilir. Çözünenin mol sayısı ile çözelti hacmi arasında ilişkinin kurulabildiği bir birimdir.

Molarite=Çözünen mol sayısı/Çözelti hacmi (L)

Molalite

Çözücünün bir kilogramındaki çözünenin mol sayısının ifade edildiği bir derişim birimidir. m sembolü ile gösterilir. Sıcaklıktan bağımsızdır.

Molalite=Çözünen mol sayısı/Çözelti kütlesi (kg)

Sıvı Çözeltilerin Buhar Basıncı

Buhar basıncı : Kapalı bir kaptaki sıvı ile buharı arasında denge kurulduğu zaman buharın oluşturduğu basınca denir

Uçucu madde : Ölçülebilir bir buhar basıncına sahip olan maddelere, kolay buharlaşabilen maddelere denir.

Uçucu olmayan madde : Buhar basıncı düşük ya da pratik olarak ölçülemeyen maddelere denir

Birden fazla uçucu madde içeren bir çözeltide, çözeltinin buhar basıncı her bileşenin kısmi buhar basıncının toplamına eşittir.

İdeal çözeltiler : Çözücü ve çözünen özelliklerinin birbirine benzer olduğu çözeltilerdir. Bir sıvı bileşenin kısmi buhar basıncı, mol kesri ile o bileşenin aynı sıcaklıkta saf halinin buhar basıncının çarpımına eşittir. Bu durum Raoult yasası ile ifade dilmektedir. Çözeltinin toplam buhar basıncı ise çözeltideki bütün bileşenlerin kısmi buhar basınçlarının toplamına eşittir.

İdeal olmayan çözeltiler : Raoult yasasına uymayan çözeltilerdir. Böyle çözeltilerde kısmi basınçlar Raoult yasası ile hesaplanamaz.

Koligatif Özellikler (Tanecik Özellikleri)

• Çözücünün buhar basıncında düşme
• Çözeltinin kaynama noktasında yükselme
• Çözeltinin donma noktasında alçalma
• Osmotik basınç oluşumu

Yukarıda verilen özellikler, çözünenin türüne bağlı olmayıp sadece çözünenin molekül veya iyon sayısına bağlı özelliklerdir ve koligatif (tanecik) özellikleri adı verilmektedir.

Çözücünün Buhar Basıncı Düşmesi

Uçucu olmayan bir madde içeren bir çözeltide, çözücünün buhar basıncı aynı sıcaklıktaki saf çözücünün buhar basıncına göre daha düşüktür.

Çözeltinin Kaynama Noktası Yükselmesi

Aynı basınç altında çözelti saf sudan daha yüksek kaynama noktasına sahiptir. Kaynama noktasındaki artış, çözeltideki çözünen taneciklerinin sayısı yani molalite ile doğru orantılıdır.

Çözeltinin Donma Noktası Alçalması

Çözeltinin kaynama noktası yükselmesinde olduğu gibi donma noktasındaki alçalması da çözünenin molalitesi ile doğru orantılıdır.

Osmotik Basınç

Çözücünün bir membrandan çözelti fazına geçmesine osmoz denir. Çözelti ile çözücü seviyeleri arasındaki yükseklik farkına karşılık gelen basınca osmotik basınç denir. ? sembolü ile gösterilir. Bu özellik de tanecik sayısına bağlıdır.