ÇÖZELTİLER ÇÖZELTİLERİN TANIMI VE BİLEŞENLERİ 1* Homojen karışımlara çözelti denir. Çözeltilerin iki bileşeni vardır. 2* 1– Çözücü 3* 2– Çözünen 4* Çözücü: Genelde miktarı çok olan ve diğerini çözen maddedir. 5* Çözünen: Genelde miktarı az olan ve diğeri tarafından çözülen maddedir.
ÇÖZELTİLERLE İLGİLİ TERİMLER 6* 1– Derişik çözelti: Aynı koşullarda diğer çözeltilere göre daha çok oranda madde çözünmüş olan çözeltidir. 7* 2– Seyreltik çözelti: Aynı koşullarda diğer çözeltilere göre içinde daha az oranda madde çözünmüş olan çözeltidir. 8* 3– Doymuş çözelti: Belirli şartlarda çözebileceği maksimum miktardaki maddeyi çözmüş olan çözeltidir. 9* 4– Doymamış çözelti: Belirli şartlarda çözebileceği maksimum miktardaki maddeyi çözmemiş olan çözeltidir. 10* 5– Aşırı doymuş çözelti: Belirli şartlarda çözebileceği maksimum miktardaki maddeden daha fazlasını çözmüş olan çözeltidir. 11* 6– İyonal çözelti: Genellikle iyonik maddelerin suda çözünmesiyle oluşan, iyonlar içeren, elektriği ileten çözeltilerdir. Örneğin: Su–tuz karışımı. 12* 7– Moleküler çözelti: Genellikle kovalent bağlı maddelerin suda çözünmesiyle oluşan, moleküller içeren, elektriği iletmeyen çözeltilerdir. Örneğin: Su–şeker karışımı. 1
ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER 13* ÇÖZÜNÜRLÜK TANIMI: Belirli bir sıcaklıkta, 100 gram çözücüde (suda) çözünebilen maksimum madde miktarına denir. 14* 1– Çözücü cinsi: Bir maddenin çözünürlüğü, çözücü değiştirildiğinde değişir. 15* 2– Çözünenin cinsi: Çözünen madde değiştiğinde çözünürlük değeri değişir. Ayrıca polar çözücüler polar maddeleri, apolar çözücüler apolar maddeleri genelde iyi çözer. Örneğin: HCl polar olduğundan, yine polar olan H2O’da iyi çözünür. CH4 apolar olduğundan polar molekül olan H2O’da iyi çözünmez. CS2 apolar olduğundan CH4’te çözünürken HCl’de çözünmez. 16* 3– Sıcaklık: Genellikle çözünmesi endotermik (ısı alan) olan katı ve sıvıların çözünürlükleri, sıcaklıkla artar. 17* X(katı veya sıvı) + ısı → X(suda) 18* Genellikle çözünmesi ekzotermik (ısı veren) olan katı ve sıvıların çözünürlükleri, sıcaklıkla azalır. 19* Y(katı veya sıvı) → X(suda) + ısı 20* Gazların tamamının çözünmesi ekzotermik olduğundan çözünürlükleri sıcaklıkla azalır. 21* 4– Basınç: Katı ve sıvıların çözünürlüğüne basıncın etkisi yoktur. Gazların çözünürlüğü ise basınçla artar. Ancak gazın çözünürlüğünün artması için çözünecek gazın basıncının arttırılması gerekir (Gazozların basınçlı gaz içermesi). 22* 5– Ortak iyon: Ortak iyon, çözünürlüğü azaltır. Örneğin; AgCl katısı saf suda, NaCl çözeltisindekinden daha çok çözünür.
ÖRGÜ ENERJİSİ (KRİSTAL ENERJİSİ) 2
1* İyonik bileşiklerin niçin yüksek sıcaklıkta eridikleri ve her bir iyonik bileşiğin erime sıcaklıklarının neden farklı olduğunu anlamak için örgü enerjisinin sayısal değerini bilmek gereklidir. Örgü enerjisi deneysel olarak ölçülemez. Endirekt yollardan hesaplanır. Hesaplama basittir, yalnız bir toplama işlemidir. Bu hesaplamaya “Born–Haber çevrimi” denir. 2* İyonik kristalde iyonları ayırmak için gerekli enerjiye örgü enerjisi denir.
BORN–HABER ÇEVRİMİ (BORN–HABER DÖNGÜSÜ) 3* “NaCl’yi Na ve Cl atomlarından nasıl elde edebiliriz?” sorusunun teorik cevabı bize örgü enerjisinin sayısal değerini verir. 4* Aşağıdaki üç reaksiyonun enerjileri toplanınca örgü enerjisi bulunmuş olur. 5* Na0(k) → Na0(g) 6* Na0(g) → Na+(g) –
7* Cl0(g) → Cl (g) 8* Hess yasası kullanılarak yapılan taraf tarafa toplama sonucunda Na0(g)’lar birbirini götürür. Sodyum ve klor atomlarından tuzun meydana geliş reaksiyon denklemi ortaya çıkmış olur: – 9* Na0(k) + Cl0(g) → Na+(g) + Cl (g)
HİDRASYON ENERJİSİ (HİDRATASYON ENERJİSİ) 10* 11*
Hidratlaşma enerjisi de denir. NaCl’nin çözünebilmesi için; suyun artı (+) kısımlarının 3
NaCl’nin klorürlerinin, eksi (–) kısımlarının da NaCl’nin sodyum katyonlarının etrafını kaplaması gerekir. 12* Hidratlaşma enerjisinin sayısal değeri örgü enerjisinden büyükse iyonik katı suda çözünür.
ÇÖZÜNME ENTALPİSİ (ÇÖZÜNME ISISI) 13* Çözünme olayına ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına çözünme entalpisi denir. 14* İyonik bileşiklerin çözünürlüğü hakkında genelleme yapamayız. Bunun nedeni ise örgü enerjisidir. Örneğin; NaCl’nin suda çözünmesi endotermiktir.
İYONİK KATININ SUDA ÇÖZÜNMESİ SIRASINDAKİ ENERJİ DEĞİŞİMİ ΔHçözünme = – Kristal enerjisi + Hidratlaşma ısısı 15* Endotermik tepkimelerde ΔHçözünme pozitif değer çıkar, ekzotermik tepkimelerde ise ΔHçözünme negatif değer çıkar. 16* İyonik katıların suda çözünmesi genelde endotermiktir.
İYONİK BİLEŞİKLERİN SUDA ÇÖZÜNMELERİ (BİRLİKTEN KUVVET DOĞUYOR, ÇÖZÜNME OLAYI GERÇEKLEŞİYOR) 23* Zayıfların bir araya gelmesi, kuvveti doğurur. Bu konuya sosyal yaşamdan aşağıdaki örnekleri verebiliriz: 24* Kadınlar zayıf, yumuşak huylu, nazik, halim, selim olduklarından birleşerek etkili, kuvvetli cemiyet kurarlar. 25* Kadın hakları, kadın hukuku ve kadın hürriyeti gibi kadınlıkla ilgili güçlü dernekler çoktur. Kadınlar, erkek artikel alır; çünkü kadın cemiyetleri serttir ve şiddetlidir; bu nedenle 4
bir nevi erkeklik kazanırlar. Erkekler ise, dişi artikel alır; çünkü kendilerine güvenirler. Her bir fert kendi gücüne güvendiğinden, cemiyetleri zayıf olur. Özellikle kendine güvenen Arap milletinde buna çokça rastlanmaktadır. 26* İkinci örnek; Ermeniler ile ilgilidir. Ermeniler dünyada azdırlar ve zayıftırlar. Ancak birleşerek büyük bir kuvvet kazanıp seslerini tüm dünyaya duyurabildikleri bilinen bir husustur (Ermeni soykırımı konusu). 27* Diğer bir örnek; Kurtuluş savaşında güçsüz olan Kuvayı Milliyenin, güçlü olan İngilizleri yenmesidir. 28* Yemek tuzu ve su; her ikisi de polardır. Suyun polarlığı, yemek tuzunun polarlığına göre çok azdır. 29* Na+Cl–(k) örgü yapısındaki iyonlar arasındaki çekim, en güçlü çekimdir. 30* H2O molekülleri arasında dipol–dipol etkileşimi vardır. İyonik bağın kuvveti 250 birim, dipol–dipol bağının kuvveti ise 2 birimdir. 31* Yemek tuzunun suda çözünmesi, reaksiyon denklemiyle şöyle gösterilir: 32* Na+Cl–(k) + su → Na+(suda) + Cl–(suda) 33* H2O’nun polarlığı 2 birim derecesinde olduğu hâlde, nasıl oluyor da polarlığı 250 birim derecesinde olan Na+Cl– (k)’nin örgü yapısındaki iyonlarını birbirinden ayırıp yapısını bozarak suda çözünmesini sağlıyor? 34* H2O molekülü dipol yapıdadır. 35* Bundan dolayı H2O’nun pozitif ve negatif ucu vardır. 36* H2O’nun pozitif ucu Cl– ile negatif ucu ise Na+ ile etkileşir. 37* Böylece Na+Cl–’de iyonlar arasındaki iyonik çekim ortadan kalkar. 38* Burada düşünülmesi gereken; tuza kıyasla zayıf polarlığa sahip suyun, bunu nasıl başarabildiğidir. 39* Birlikten kuvvet doğuyor, çözünme olayı gerçekleşiyor. 40* 1 tane Na+ iyonu, en az 125 tane H2O molekülünün negatif ucu ile 1 tane Cl– iyonu da, çok sayıda (en az 125 5
tane) H2O molekülünün pozitif ucu ile sarılır. Böylece çözünme olayı gerçekleşir. 41* Zayıflar; birliğe / birleşmeye mecburdur. 42* Koyun ve keçiler sürü hâlinde yaşayarak kurtlardan korunurlar. 43* “Kurdun olduğu yerde koyun olunmaz.” denir. İttifak olursa kurt zarar veremez.
ÇÖZÜNME OLAYI FİZİKSEL OLAY MIDIR YOKSA KİMYASAL OLAY MIDIR? 17* H2O’nun pozitif ucu Cl– ile H2O’nun negatif ucu ise Na+ ile etkileşti. 18* Böylece Na+Cl–’de iyonlar arasındaki iyonik çekim ortadan kalktı. 19* Bunun sonucunda da suda çözünme olayı gerçekleşti. 20* Görüldüğü gibi zıt kutupların birbirini çekimi iyonik bileşiklerin iç yapısında değişikliğe neden oldu. Bu yönüyle çözünmeyi kimyasal olay olarak düşünebiliriz. 21* Aslında çözünme, fiziksel olay olarak bilinir.
ÇÖZÜNME VE İYONLAŞMA İLİŞKİSİ Çözünme yüzdesini zenginlik, iyonlaşmayı vermek kabul edersek; çözeltileri dört gruba ayırırız: 1. ÇOK ÇÖZÜNEN VE % 100 İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (ZENGİN, TAMAMINI VEREN) NaCl(k) + su → Na+1(suda) + Cl–1(suda) NaCl(k) + H2O(s) → Na+1(suda) + Cl–1(suda) Reaksiyon denklemi yukarıdaki gibi her iki şekilde de yazılabilir. 6
2. AZ ÇÖZÜNEN VE % 100 İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (FAKİR, TAMAMINI VEREN): Bu grup, çözünürlük dengesi konusundaki bileşikler olup iyonlaşma denklemleri yanlış olarak çift yönlü okla gösterilir. Bunun nedeni çözünürlük hesaplamalarının denge mantığıyla yapılmasındandır. Aslında suda çözünmezler, bunlar kimyada az çözünen diye geçer. Çözünmeleri milyonda birkaç ile trilyonlarda birkaç civarındadır. Ca(OH)2(k) + su ⇌ Ca+2(suda) + 2(OH)–1(suda) 3. HER ORANDA ÇÖZÜNEN VE AZ İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (ZENGİN, AZINI VEREN) CH3COOH(s) + su ⇌ CH3COO–1(suda) + H+1(suda) 4. AZ ÇÖZÜNEN VE AZ İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (FAKİR, AZINI VEREN) NH3(g) + H2O(s) ⇌ NH4+1(suda) + OH–1(suda)
İYON YAPILI BİLEŞİKLER SIVI HÂLDE VE ÇÖZELTİ HÂLİNDE ELEKTRİĞİ İLETİR NaCl(k) + yüksek sıcaklık → Na+1(s) + Cl–1(s) NaCl(k) + su → Na+1(suda) + Cl–1(suda)
ÇÖZELTİLERDE DERİŞİM İLE İLETKENLİK İLİŞKİSİ 22* İletkenlik, çözeltinin derişimi arttıkça belli bir noktaya kadar yükselir. 23* Derişim belli bir oranı geçince iletkenlik azalır. 24* Doygun çözeltiye erişildikten sonra iletkenlik değişmez. 7
SAF SIVILARDA DERİŞİM İLE İLETKENLİK İLİŞKİSİ 25* İletkenlik, saf sıvıların derişimi arttıkça belli bir noktaya kadar yükselir. 26* Saf sıvıların derişimi belli bir oranı geçince iletkenlik azalır.
İLETKENLİK ÇEŞİTLERİ 27* 1. Metallerin iletkenliği: Sıcaklıkla ters orantılıdır. Elektronun aktarımı ile olur. 28* 2. Çözeltilerin iletkenliği: Sıcaklıkla doğru orantılıdır. Farklı yükteki iyonlarla olur.
İYONLAŞAN MOLEKÜLER BİLEŞİKLER VE İYONLAŞMAYAN MOLEKÜLER BİLEŞİKLERİN SUDA ÇÖZÜNMELERİ HCl(g) + H2O(s) → H3O+1(suda) + Cl–1(suda) HCl(suda) → H+1(suda) + Cl–1(suda) HCl(g) + su → H+1(suda) + Cl–1(suda) C6H12O6(k) + su → C6H12O6(suda)
DERİŞİK DEYİMİ HEM NİTELLİK HEM DE NİCELLİK İÇERİR 29*
Derişik çözelti; çözeni az, çözüneni çok olan çözeltidir. 8
Nitel bir kavramdır. Belli bir sınırı yoktur; “Şu yüzdenin üzerinde olursa derişiktir, şu yüzdenin altında olursa seyreltiktir.” diyemeyiz. 30* Derişik deyimi nicel bir anlam da içerir. Örneğin; derişik HCl denince, yalnız kütlece % 36,5’luk HCl anlaşılır (Doymuş HCl çözeltisi).
DERİŞİK VE SEYRELTİK TABİRLERİNİN, DOYMUŞ VE DOYMAMIŞLIKLA İLİŞKİSİ YOKTUR 31* Doymuş bir çözelti, seyreltik olduğu gibi; doymamış bir çözelti de derişik olabilir. Örneğin; doymuş kireç çözeltisi, kesinlikle seyreltiktir. Doymamış H2SO4 çözeltisi, derişik olabilir.
DERİŞİK ASİTLER NİÇİN EN FAZLA MOLEKÜL KÜTLESİ KADAR YÜZDEDE OLUR? 32* Derişik HCl kütlece % 36,5’luktur (Doymuş HCl çözeltisi). 33* Derişik H2SO4 kütlece % 98’liktir (Doymuş H2SO4 çözeltisi). 34* Derişik HNO3 kütlece % 63’lüktür (Doymuş HNO3 çözeltisi). 35* (H:1, Cl:35,5, O:16, S:32, N:14) 36* Derişik HCl, derişik H2SO4, derişik HNO3 denince; yalnız yukarıda belirtilen yüzdelerdeki asitler anlaşılmalıdır. 37* Diğer çözeltilerde olduğu gibi; çözeni az, çözüneni çok olan çözelti anlaşılmamalıdır.
9
KRİSTAL SUYU İÇEREN BİLEŞİKLERDE, ORTAMDA SU OLDUĞU HÂLDE BİLEŞİK NİÇİN ISLANMAZ? 38* Kristal suyu içeren bir bileşik, hafif ısıtılsa veya güneşte kalsa; külçe hâline gelir, kristal yapısı bozulur. Normal zamanda ise kristal yapıdadır. Kristal suyu içeren bileşiğin içindeki su, toz hâlindeki katıya zarar vermez. 39* 0 °C ile +4 °C arasında H2O(s) kristallerinin bulunabilme özelliği vardır. Kristal yapı, yalnız buzda değildir. Buzda olduğu gibi, suda da kristal yapı vardır. 40* Kristal yapı, katılara ait bir özelliktir. Su, kristal olunca, katıyla etkileşmez. 41* Demir kabı donduğunda parçalayan su, kristal olduğunda tam tersine yan yana olduğu suda çok çözünen toz hâlindeki katı maddeyi ıslatmıyor bile..
EBU'L VEFA (940–988) 42* Matematik ve astronomi âlimidir. 43* Yoğunluk ölçmeye yarayan piknometre aletini ilme kazandırmıştır.
ÇÖZELTİLERLE İLGİLİ SOSYAL ALANDA KULLANILAN KİMYA KELİME VE DEYİMLERİ 44* Yoğunlaşmak (Konsantre olmak): Herhangi bir işe kilitlenmek, kendini bir işe istekle vermek, yumulmak. Bütün dikkati, düşünceyi, duyguyu ve gücü bir konu üzerinde, bir noktada toplamak.
ÇÖZELTİLER İLE İLGİLİ SÖYLEM HATALARI 10
45* “Çözündü” yerine “eridi” kelimesi kullanılır. Örneğin; “şeker çözündü” denmesi gerekirken “şeker eridi” denmektedir. 46* Çözünme olayı fiziksel olay olarak bilinir. Ancak kimyasal olarak da düşünülebilir.
DERİŞİM (KONSANTRASYON) KONSANTRASYON BİRİMLERİ 44* 1– MOLARİTE: 1 L hacmindeki çözeltinin içinde bulunan çözünmüş maddenin mol sayısına denir. 45* 2– NORMALİTE: 1 L hacmindeki çözeltinin içinde bulunan çözünmüş maddenin eşdeğer gram sayısına denir. 46* 3– MOLALİTE: 1 kilogram suda çözünmüş olan çözünen maddenin mol sayısıdır. 47* 4– FORMALİTE: Birim hacimde çözünmüş iyonik maddenin mol sayısına denir. Formalite, iyonik bağlı bileşikler için geçerlidir. 48* 5– KÜTLECE % DERİŞİM: Kütlece % derişim 100 gram çözeltide kaç gram madde çözündüğünü ifade eder. %30’luk çözelti denince; 100 gram çözeltide 30 gram çözünen madde ve 70 gram su olduğu anlaşılır. 49* 7– HACİMCE % DERİŞİM: Hacimce % derişim 100 mL çözeltide kaç mL madde çözündüğünü ifade eder. 50* 8– YOĞUNLUK: Birim hacimdeki çözeltinin kütlesidir. 51* 9– ppm (parts per million) CİNSİNDEN DERİŞİM: Milyonda bir oranında derişim demektir. Birimsiz niceliktir. 52* 10– ppb (parts per billion) CİNSİNDEN DERİŞİM: Milyarda bir oranında derişim demektir. Birimsiz niceliktir. 11
53* 11– OSMOLAR DERİŞİM: Ozmotik basıncı, kanın ozmotik basıncı ile aynı olan steril çözeltilerdir. Bunlara izotonik çözelti de denir. Örneğin; % 5’lik C6H12O6 (glikoz) çözeltisi ve % 0,9’luk NaCl (sodyum klorür) çözeltisi izotoniktir.
DERİŞTİRME, SEYRELTME 54* Bir çözeltiye su eklenir veya çözünmüş madde miktarı azaltılırsa çözelti seyrelir. 55* Bir çözeltiden su buharlaştırılır veya çözünen maddeden eklenirse çözelti derişir. 56* Bu işlemlerin tamamında M = n / V formülü kullanılır.
ÇÖZELTİLERİN KARIŞTIRILMASINDAN SONRAKİ İYON MOLARİTELERİNİN HESAPLANMASI 57* 58*
a) Tepkime yoksa b) Tepkime varsa
59* a) Çözeltilerin karıştırılmasından sonra şayet tepkime olmadıysa, çözeltilerin karıştırılmasından sonraki iyon molaritesi hesaplanması: Bir bileşik; 1A grubu katyonu, NO3– iyonu, NH4+ iyonu, H+ iyonu veya CH3COO– iyonu içeriyorsa böyle maddeler iyi çözünür. Bu iyonları ihtiva eden çözeltiler karıştırıldıklarında şayet nötrleşme olmuyorsa, tepkime yok demektir. Karışımdan sonraki molar derişimler M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır. 60* b) Çözeltilerin karıştırılmasından sonra şayet tepkime oluyorsa, bu tepkime genelde aşağıdaki iki 12
tepkimeden birisidir. 1– Nötrleşme tepkimesi (asit + baz) 2– Çökme tepkimesi: İki çözelti karıştırıldığında çözünürlüğü düşük olan bir maddenin iyonları bir araya geldiğinde maddenin çözünürlük sınırı aşılıyorsa çökme olur.
ÇÖZELTİLER ARASINDAKİ YER DEĞİŞTİRME REAKSİYONLARINDAN HANGİLERİ GERÇEKLEŞİR? 61* KCl(suda) + NaNO3(suda) → Reaksiyon gerçekleşmez. 62* Gerçekleşen reaksiyonlarda ya ürünlerde suda çözünmeyen madde oluşmuştur, bu maddeye çökelek diyoruz. Veya gaz çıkışı olmuştur. Ya da ürünlerde su meydana gelmiştir.
ÇÖZELTİLERİN DERİŞİME BAĞLI ÖZELLİKLERİ (KOLİGATİF ÖZELLİKLER) ÇÖZELTİLERDE BUHAR BASINCI, DONMA NOKTASI VE KAYNAMA NOKTASI 63* Saf bir sıvıda uçucu olmayan bir katı çözündüğünde çözeltinin buhar basıncı ve donma noktası saf çözücününkinden düşük, kaynama noktası ise büyük olur. 64* Bir çözeltinin kaynamaya başlama noktası (suya göre kaynama noktasındaki yükselme miktarı) içerdiği yabancı madde çözeltisinin molaritesi ile doğru orantılıdır. 13
65* Bir sıvıda başka bir sıvı çözündüğünde kaynama noktası yükselebilir de düşebilir de, ancak genelde donma noktası düşer. 66* Yine bir sıvıda gaz çözündüğünde genellikle kaynama noktası etkilenmez; çünkü o sıcaklığa kadar gaz uçar. Donma noktası ise genelde düşer.
KOLİGATİF ÖZELLİKLER 67* 68* 69* 70*
a. Buhar basıncı düşmesi b. Donma noktası alçalması c. Kaynama noktası yükselmesi d. Ozmotik basınç
BUHAR BASINCI DÜŞMESİ 71* Çözeltilerin buhar basıncı saf sıvıların buhar basıncından farklıdır. 72* Tuz, suyun buhar basıncını etkileyerek kaynama sıcaklığını yükseltmiş, buhar basıncını düşürmüştür. 73* Çözünenin derişimi ile çözeltinin buhar basıncı arasındaki ilişki Fransız kimyacı F.M.Raoult tarafından bulunmuştur.
RAOULT YASASI 74* Raoult yasasına göre uçucu bileşeni bulunmayan bir çözeltideki buhar basıncı düşmesi çözeltideki çözünen maddenin mol kesriyle orantılıdır. 75* Herhangi bir çözeltinin buhar basıncı (PT), çözeltiyi oluşturan bileşenlerin buhar basınçlarının (PA, PB, …) toplamına eşittir. 76* PT = PA + PB + … 14
77* Çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli ideal bir çözeltide PA çözücünün kısmi buhar basıncı, PB çözünenin kısmi buhar basıncı olsun. 78* Çözücünün kısmi buhar basıncını hesaplamak için; saf çözücünün belirli bir sıcaklıktaki buhar basıncı (P0A) ile aynı çözücünün çözeltideki mol kesri (XA) çarpılır. PA = P0A XA olur. 79* O hâlde çözünenin kısmi buhar basıncı da; PB = P0B XB olur. 80* Buradan PT = P0A XA + P0B XB formülü çıkar. 81* ÖRNEK: %70 C2H6O2 (etandiol veya glikol) içeren sulu çözeltinin 53 °C’taki buhar basıncını hesaplayarak saf suyun buhar basıncıyla karşılaştırınız. 53 °C’ta P0saf su = 107,2 mm Hg ve aynı sıcaklıkta P0etandiol = 1 mm Hg’dır (C2H6O2 :62, H2O:18). 82* ÇÖZÜM: C2H6O2 arabaların radyatör peteklerine soğutma amaçlı olarak katılan ve antifriz (donmayı önleyici) olarak kullanılan radyatör sıvısıdır. Etilen glikol adıyla da bilinir. 83* 100 g’lık çözelti varsayılırsa bunun 70 g’ı C2H6O2, 30 g’ı da H2O olur. 84* 30 g H2O = 1,67 mol’dür. 85* 70 g C2H6O2 = 1,13 mol’dür. 86* Toplam mol 2,80’dir. 87* H2O’nun buhar basıncına katkısı 1,67/2,80 oranında, C2H6O2’nin katkısı ise 1,13/2,80 oranında olacaktır. 88* 53 °C sıcaklıkta saf H2O’nun buhar basıncı 107,2 mm Hg verildiğine göre 107,2 mm Hg’nın 1,67/2,80’si alınır (63,94 mm Hg). 89* 53 °C sıcaklıkta C2H6O2’nin buhar basıncı da 1 mm Hg verildiğine göre 1 mm Hg’nın 1,13/2,80’si alınır (0,40 mm Hg). 90* Daha sonra bu iki kısmi basınç değerlerinin toplanması ile sonuç bulunmuş olur: 15
91* PT = 63,94 + 0,40 = 64,34 mm Hg 92* Görüldüğü gibi 53 °C sıcaklıkta saf H2O’nun buhar basıncı 107,2 mm Hg idi. %70’lik C2H6O2 çözeltinin buhar basıncı ise 64,34 mm Hg’dır. 93* Görüldüğü gibi problemi Raoult’un ortaya koyduğu formülleri kullanmadan, basit orantı mantığı ile çözdük. 94* Raoult yasası, François–Marie Raoult tarafından 1882 yılında ortaya konulduğundan dolayı bu adla anılmaktadır.
DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) 95* ΔTd = Kd m i 96* ΔTd = Donma noktasının kaç°C alçaldığı (ΔTdonma) 97* Kd = Su için donma noktası alçalma sabiti (1,86 °C m–1) 98* m = Molalite 99* i = Moleküler katılarda 1’dir, iyonik katılarda ise iyon sayısıdır.
KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ (EBÜLİYOSKOPİ) 100* ΔTk = Kk m i 101* ΔTk = Kaynama noktasının kaç °C yükseldiği 102* Kk = Su için kaynama noktası yükselme sabiti (0,52 °C m–1) 103* m = Molalite 104* i = Moleküler katılarda 1’dir, iyonik katılarda ise iyon sayısıdır.
SUDA MOLEKÜLER KATI ÇÖZÜNDÜYSE KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK 16
HESAPLAMALAR 105* Molalite, 1 kg suda çözünen maddenin mol sayısıdır. 106* 1 kg suda 1 mol moleküler katı çözününce donma noktası 1,86 °C alçalır. 107* 1 kg suda 1 mol moleküler katı çözününce kaynama noktası 0,52 °C yükselir.
SUDA İYONİK KATI ÇÖZÜNDÜYSE KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK HESAPLAMALAR 108* 1 kg suda 1 mol iyonik katı çözününce donma noktası 1,86 °C’ın iyonik katının iyon sayısıyla çarpıma kadar alçalır. 109* 1 kg suda 1 mol iyonik katı çözününce kaynama noktası 0,52 °C’ın iyonik katının iyon sayısıyla çarpıma kadar yükselir.
DONMA NOKTASI BULUNMASI VEYA DONMA NOKTASI ALÇALMASI HESAPLAMALARI 110* Hesaplanan ΔTd değeri, donma noktasının kaç °C alçaldığını gösterir. Şayet çözeltinin donma sıcaklığı soruluyorsa bulunan bu değer, 0 °C’tan çıkarılmalıdır. Başka bir ifadeyle bulunan değerin eksi (–) işaretlisi alınmalıdır. 111* Hesaplamaları orantıyla yapmak bazı sorularda daha pratik olabilir.
KAYNAMA NOKTASI BULUNMASI VEYA KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ 17
HESAPLAMALARI 112* Hesaplanan ΔTk değeri, kaynama noktasının kaç °C yükseldiğini gösterir. Şayet çözeltinin kaynama sıcaklığı soruluyorsa 100 °C ile bulunan bu değer toplanmalıdır. 113* Hesaplamalar orantı yoluyla da yapılabilir.
KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK HESAPLAMALARDA ÇÖZELTİNİN HACMİ SUYUN KÜTLESİ KABUL EDİLEBİLİR 1* Seyreltik molar çözeltilerde çözeltinin mL cinsinden hacmi, suyun gram cinsinden miktarı olarak kabul edilir. Hassas hesaplamaya lüzum yoktur.
KRİYOSKOPİK PROBLEMLERİN ORANTI YOLUYLA ÇÖZÜMÜ PROBLEM: 4,81 x 10–2 M’lık moleküler bir çözelti suyun donma noktasını kaç °C düşürür? (Kd = 1,86 °C/m) ÇÖZÜM 2* 1. işlem: Çözeltiyi 1 L kabul edersek çözünen madde miktarı 4,81 x 10–2 mol olur. 3* 2. işlem: 1 L çözeltiyi 1000 g su olarak alabiliriz; molar çözelti seyreltik olduğundan hata ihmal edilebilirdir. 4* 3. işlemde orantı kurulur: 1 mol moleküler madde suyun donma noktasını 1,86 °C düşürürse 4,81 x 10–2 mol moleküler maddenin suyun donma noktasını 0,09 °C düşürdüğü bulunmuş olur.
18
KRİYOSKOPİK PROBLEMLERİN FORMÜLLE ÇÖZÜMÜ PROBLEM: 4,81 x 10–2 M’lık moleküler bir çözelti suyun donma noktasını kaç °C düşürür? (Kdonma = 1,86 °C/m) ÇÖZÜM 5* ΔTd = m Kd 6* ΔTd = 4,81 x 10–2 m x 1,86 °C/m = 0,09 °C
FORMÜLLE ÇÖZÜMDE TÜRLER VE BİRİMLER 7* ΔTd = Kd m i 8* ΔTd: Donma noktasının kaç°C alçaldığı (ΔTdonma) 9* Kd: Su için donma noktası alçalma sabiti (1,86 °C m–1) 10* m: Molalite 11* i: Moleküler katılarda 1’dir.
TEORİK İYON SAYISI İLE DENEYSEL İYON SAYISI AYNI DEĞİLDİR BİLEŞİĞİN ADI
iteorik
ideneysel
Na2SO4
3
i<3
NaCl
2
i<2
Al2(SO4)3
5
i<5
DENEYSEL KRİYOSKOPİ VE EBÜLİYOSKOPİ 19
DEĞERLERİ, TEORİK DEĞERDEN GENELDE DAHA AZ ÇIKAR 114* Kaynama noktasının 1 °C yükselmesi hesaplanmasına rağmen 0,7 °C’lık bir yükselme olabilir. Bunun nedeni ideneysel değerinin iteorik değerinden daha az olması ve suyun polarlığı gibi sebeplerdir. 115* Deneysel kriyoskopi ve ebüliyoskopi değerlerin teorik değerden farklı çıkmasında, çözünme tepkimesinin endotermik veya ekzotermik olmasının da rolü vardır. Tepkimenin endotermik veya ekzotermik oluşuna göre farklı formüller ortaya konulmamıştır. 116* Aynı şekilde hem çözücünün hem de çözünenin polarlığı da formüle yansımamıştır. 117* Soruda molarite verildiyse, bu değer molalite olarak alınabilir. Molaliteyi molariteye çevirmeye lüzum yoktur; çünkü molar derişimler genelde düşük verildiğinden hata ihmal edilebilecek boyutta olur. 118* Zaten hesaplanan değere göre deneysel sonucun farklı olduğunu belirtmiştik.
OZMOTİK BASINÇ 119* Yaşamın temeli olan hücreye madde girişlerinin bir kısmı, ozmos kanunu vasıtasıyla gerçekleştirilir. 120* Ozmos olayında; suda çözünmüş maddelerin çok olduğu kısım, suda çözünmüş maddelerin az olduğu kısma bir emme kuvveti uygular. Tabiattaki bitkilerin topraktan suyu emmeleri bu şekilde gerçekleşir. Bu emme kuvveti, ozmotik basınç olarak tanımlanır.
OZMOTİK BASINÇ İLE KRİYOSKOPİ VE EBÜLİYOSKOPİ İLİŞKİSİ 20
12* Belirli sıcaklıkta ozmatik basıncı bilinen bir çözeltinin donma ve kaynama noktası hesaplanabilir.
OZMOTİK BASINÇ FORMÜLÜNDE TÜRLER VE BİRİMLER 13* Π=cRT 14* Π (pi): Pa (paskal) cinsinden ozmatik basınç 15* c (molar konsantrasyon): 1 m3 çözelti içinde çözünen maddenin mol sayısı 16* R (sabit sayı): 8,314 17* T: Kelvin (K) cinsinden mutlak sıcaklık
OZMOTİK BASINÇ PROBLEMLERİ PROBLEM: Ozmatik basıncı 300 K’de 120 kPa olan moleküler çözeltinin donma noktasını hesaplayınız (R = 8,314). ÇÖZÜM: Önce çözeltinin molaritesi bulunur, sonra donma noktası hesaplanır. 18* Π=cRT 19* 1. işlem olarak çeviri yapılmalıdır: kPa, Pa’ya çevrilir (120 kPa = 120 x 103 Pa). 20* 2. işlem olarak verilenler formülde yerine konulur: 120 x 3 10 Pa = c x 8,314 x 300 21* 3. işlemde ise c (ozmatik basınç) hesaplanır: c = 48,1 mol/m3 (1 m3 çözeltinin içinde 48,1 mol çözünen madde vardır). 22* 1 m3 çözelti = 1 x 103 dm3 çözelti = 1 x 103 L çözelti = 1 x 103 kg çözeltidir. 23* 1 x 103 kg çözelti = 1 x 103 kg su (Çözelti seyreltiktir, bu nedenle hata ihmal edilebilir boyuttadır.) 24* 1 x 103 kg suda 48,1 mol çözünen madde varsa, 1 kg 21
suda 48,1 x 10–3 mol çözünen madde vardır (molalite). 25* 48,1 x 10–3 = 4,81 x 10–2 mol çözünen madde vardır (molalite). 26* Son işlem olarak da orantı kurulur: 1 mol moleküler madde suyun donma noktasını 1,86 °C düşürürse 4,81 x 10–2 mol moleküler madde 0,09 °C düşürür.
HİDROSTATİK BASINÇ 121* Bir sıvının, içinde bulunduğu kabın çeperine ya da içlerine daldırılan cisimlere yaptığı basınca hidrostatik basınç denir. 122* Hidrostatik basınç, sıvının yüzeyinde sıfırdır. Derinlere inildikçe yükselir. 123* Hidrostatik basınç (P), cismin bulunduğu derinlik (h) ve sıvının yoğunluğuna (d) bağlıdır. 124* P= hd olur.
22