ORTAÖĞRETİM KİMYA 11.SINIF 3.ÜNİTE: SIVI ÇÖZELTİLER VE ÇÖZÜNÜRLÜK
1
BAŞLIKLAR • 3.1. ÇÖZÜCÜ ÇÖZÜNEN ETKİLEŞİMLERİ • 3.2. DERİŞİM BİRİMLERİ • 3.3. KOLİGATİF ÖZELLİKLER • 3.4. ÇÖZÜNÜRLÜK KAVRAMI • 3.5. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
2
3.1. ÇÖZÜCÜ ÇÖZÜNEN ETKİLEŞİMLERİ
3
ÇÖZÜNEN MADDENİN CİNSİNE GÖRE ÇÖZELTİ TİPLERİ • İYONAL ÇÖZELTİ • MOLEKÜLER ÇÖZELTİ
4
• İyonal çözelti: Genellikle iyonik maddelerin suda çözünmesiyle oluşan, iyonlar içeren, elektriği ileten çözeltilerdir. Örneğin: Su–tuz karışımı. • Moleküler çözelti: Genellikle kovalent bağlı maddelerin suda çözünmesiyle oluşan, moleküller içeren, genellikle elektriği iletmeyen çözeltilerdir. Örneğin: Su–şeker karışımı.
5
İYONİK BİLEŞİKLERİN SUDA ÇÖZÜNMELERİ (İYON-DİPOL ETKİLEŞİMİ) • İyonik bileşikler polar bileşiklerdir, su da polar bileşiktir. Benzer benzerini çözdüğünden dolayı iyonik bileşikler genelde suda çözünür. • Suyun polarlığı, yemek tuzunun polarlığına göre çok azdır. 6
– (k)
• Na Cl örgü yapısındaki iyonlar arasındaki çekim, en güçlü çekimdir. • H2O molekülleri arasında dipol–dipol etkileşimi vardır. İyonik bağın kuvveti 250 birim, dipol–dipol bağının kuvveti ise 2 birimdir. • Yemek tuzunun suda çözünmesi, reaksiyon denklemiyle şöyle gösterilir: +
• Na+Cl–(k) + su → Na+(suda) + Cl–(suda) 7
• 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? • H2O molekülü dipol yapıdadır. • Bundan dolayı H2O’nun pozitif ve negatif ucu vardır. 8
–
• H2O’nun pozitif ucu Cl ile H2O’nun negatif ucu ise Na+ ile etkileşir. • Böylece Na+Cl–’de iyonlar arasındaki iyonik çekim ortadan kalkar. • Burada düşünülmesi gereken; tuza kıyasla zayıf polarlığa sahip suyun, bunu nasıl başarabildiğidir. • Birlikten kuvvet doğuyor, çözünme olayı gerçekleşiyor. 9
• 1 tane Na+ iyonu, en az 125 tane H2O – molekülünün negatif ucu ile; 1 tane Cl iyonu da, çok sayıda (en az 125 tane) H 2O molekülünün pozitif ucu ile sarılır. Böylece çözünme olayı gerçekleşir.
10
BİRLİKTEN KUVVETİN DOĞUP ÇÖZÜNME OLAYININ GERÇEKLEŞMESİNİN SOSYAL BOYUTU • Zayıfların bir araya gelmesi, kuvveti doğurur. • Kadınlar zayıf, yumuşak huylu, nazik, halim, selim olduklarından birleşerek etkili, kuvvetli cemiyet kurarlar. 11
• 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 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. 12
• 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). • Diğer bir örnek; Kurtuluş savaşında güçsüz olan Kuvayı Milliyenin, güçlü olan İngilizleri yenmesidir.
13
• Zayıflar; birliğe / birleşmeye mecburdur. • Koyun ve keçiler sürü hâlinde yaşayarak kurtlardan korunurlar. • “Kurdun olduğu yerde koyun olunmaz.” denir. İttifak olursa kurt zarar veremez.
14
İYONİK BİR MADDENİN POLAR OLMAYAN BİR ÇÖZÜCÜDE ÇÖZÜNMESİ (İYON-İNDÜKLENMİŞ DİPOL ETKİLEŞİMİ) • İyonik bir maddenin polar olmayan bir çözücüde çözünmesi iyon–indüklenmiş dipol etkileşimidir. CCl4 gibi apolar olan çözücülerde polar moleküllerin çözünürlüğü yok denecek kadar azdır. 15
• Yok denilecek kadar az dediğimiz bu etkileşim; örneğin NaCl ile apolar bir çözücü olan CCl4 gibi sıvılar arasındaki etkileşimdir. • Apolar maddeler apolar çözücülerde, polar maddeler de polar çözücülerde çözünür. “Benzer benzerini çözer.” bilinen bir kanundur. Bu nedenle çözünme, yok denilecek kadar az oranda gerçekleşir. 16
KOVALENT BAĞLI POLAR BİR MADDENİN POLAR BİR ÇÖZÜCÜDE ÇÖZÜNMESİ (DİPOL-DİPOL ETKİLEŞİMİ) • Amonyağın suda çözünmesi bu tür çözünmeye örnek verilebilir.
17
ÇÖZÜNME OLAYI VE ENERJİ DEĞİŞİMİ • Çözünme olayı, aşağıdaki üç tür etkileşimin bağıl güçlerine bağlıdır: • 1.Çözücü-çözücü etkileşimi • 2.Çözünen-çözünen etkileşimi • 3.Çözücü-çözünen etkileşimi • Genelde 1. ve 2.etkileşim endotermik, 3.etkileşim ise endotermik veya ekzotermik tepkimedir. 18
• 1.etkileşimde çözücü molekülleri birbirinden uzaklaşır. Bu iş için enerji gerekir. • 2.etkileşimde çözünen molekülleri birbirinden uzaklaşır. Bu iş için de enerji gerekir. • 3.etkileşim genelde istemlidir. Çözücü ve çözünen molekülleri etkileşerek çözünme olayı gerçekleşir.
19
ÇÖZÜNME ISISI • Endotermik tepkimelerde çözünme ısısının işareti pozitif, ekzotermik tepkimelerde ise negatiftir.
20
KARIŞABİLİR SIVILAR • İki sıvı birbiri içerisinde her oranda çözünüyorsa bu sıvılara karışabilir sıvılar denir.
21
ÇÖZÜCÜ, HANGİ MADDEYSE SAĞ ALTA O YAZILIR • Çözücü, hangi maddeyse o yazılır. Örneğin; iyot, suda çözünmez. Alkolde çözünür. Bu nedenle I2(alkolde) şeklinde yazılır.
22
ÇÖZÜNME OLAYI FİZİKSEL OLAY MIDIR YOKSA KİMYASAL OLAY MIDIR? –
• H2O’nun pozitif ucu Cl ile H2O’nun negatif ucu ise Na+ ile etkileşti. • Böylece Na+Cl–’de iyonlar arasındaki iyonik çekim ortadan kalktı. • Bunun sonucunda da suda çözünme olayı gerçekleşti. 23
• Görüldüğü gibi zıt kutupların birbirini çekimi iyonik bileşiklerin iç yapısında değişikliğe neden oldu. Bu yönüyle çözünmeyi kimyasal olay olarak düşünebiliriz. • Aslında çözünme, fiziksel olay olarak bilinir.
24
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) –1 +1 NaCl(k) + H2O(s) → Na (suda) + Cl (suda) Reaksiyon denklemi yukarıdaki gibi de yazılabilir. 25
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. –1 +2 Ca(OH)2(k) + su ⇌ Ca (suda) + 2(OH) (suda) 26
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) –1 +1 NH3(g) + H2O(s) ⇌ NH4 (suda) + OH (suda) 27
3.2. DERİŞİM BİRİMLERİ
28
DERİŞİME GÖRE ÇÖZELTİ TİPLERİ • SEYRELTİK ÇÖZELTİ • DERİŞİK ÇÖZELTİ
29
SEYRELTİK ÇÖZELTİ Çözüneni çok az, çözücüsü fazla olan çözeltilere denir.
DERİŞİK ÇÖZELTİ Çözüneni fazla, çözücüsü az olan çözeltilere denir.
30
DERİŞİM BİRİMLERİ • 1– 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.
31
• 2– HACİMCE % DERİŞİM: Hacimce % derişim 100 mL çözeltide kaç mL madde çözündüğünü ifade eder. • 3– KÜTLE/HACİMCE % DERİŞİM: 100 mL çözeltide kaç g madde çözündüğünü ifade eder. • 4– ppm (parts per million) CİNSİNDEN DERİŞİM: Milyonda bir oranında derişim demektir. Birimsiz niceliktir. 32
• 5– MOL KESRİ: Bir çözeltideki mol kesri oranı 1’e eşittir. Bir çözeltideki herhangi bir bileşenin mol sayısının, çözeltideki tüm bileşenlerin mol sayıları toplamı oranına mol kesri denir. • 6– MOLARİTE: 1 L hacmindeki çözeltinin içinde bulunan çözünmüş maddenin mol sayısına denir. • 7– MOLALİTE: 1 kilogram suda çözünmüş olan çözünen maddenin mol sayısıdır. 33
• 8– NORMALİTE: 1 L hacmindeki çözeltinin içinde bulunan çözünmüş maddenin eşdeğer gram sayısına denir. • 9– FORMALİTE: Birim hacimde çözünmüş iyonik maddenin mol sayısına denir. Formalite, iyonik bağlı bileşikler için geçerlidir. • 10– YOĞUNLUK: Birim hacimdeki çözeltinin kütlesidir.
34
• 11– ppb (parts per billion) CİNSİNDEN DERİŞİM: Milyarda bir oranında derişim demektir. Birimsiz niceliktir. • 12– 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. 35
KÜTLECE % DERİŞİM PROBLEMLERİ
36
•x 100
37
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. 38
42 g tuz 158 g saf suda çözünüyor. Elde edilen çözelti kütlece % kaçlıktır? % 21
39
200 g çözeltide 42 g tuz çözünüyor. Elde edilen çözelti kütlece % kaçlıktır? % 21
40
Kütlece %21’lik 200 g tuz çözeltisinde kaç g tuz çözünmüştür? 42 g
41
Kütlece %30’luk 300 g tuz çözeltisinin içerdiği su kaç g’dır? 100 g çözelti 70 g su içerirse 300 g çözelti 210 g su içerir.
42
300 g tuzun olduğu kütlece %30’luk çözelti kaç g’dır? 30 g tuz 100 g çözeltideyse 300 g 1000 g çözeltide olur.
43
300 g suyun olduğu kütlece %25’lik çözelti kaç g’dır? 75 g su 100 g çözeltideyse 300 g 400 g çözeltide olur.
44
• 150 mL su kullanarak kütlece %40’lık şeker çözeltisi hazırlamak için kaç g şeker almak gerekir? (dsu=1 g/mL) • 60 g su için 40 g şeker almak gerekirse • 150 g su için 100 g şeker almak gerekir.
45
ÇÖZELTİ SEYRELTİLİRKEN YA DA DERİŞTİRİLİRKEN KULLANILABİLECEK BAĞINTI • Çözelti kütlesi ile kütlece yüzdesi ters orantılıdır. • m1.%1=m2.%2
46
Kütlece %21’lik 200 g tuz çözeltisine 200 g su ilave ediliyor. Elde edilen çözelti kütlece % kaçlıktır? %10,5’luk (Çözelti kütlesi 2 katına çıktığından derişim yarıya düşer.)
47
Kütlece %20’lik 200 g çözelti buharlaştırılarak 100 g’lık çözelti hâline getiriliyor. Yeni çözelti kütlece % kaçlıktır? %40’lık (Çözelti kütlesi yarıya düştüğünden derişim 2 katına çıkar.)
48
• Kütlece %40’lık şeker çözeltisine saf su eklendiğinde oluşan çözelti kütlece %16’lık olup kütlesi 1000 g geliyor. Buna göre eklenen saf su kaç g’dır? • • • •
%1.m1=%2.m2 40x=16.1000 x=400 g (Başlangıç çözeltisinin kütlesi) 1000-400=600 g saf su eklenmiştir. 49
• 400 g kütlece %25’lik şeker çözeltisindeki suyun yarısı buharlaştırılırsa elde edilen çözelti kütlece % kaçlık olur? • 400 g çözeltide 300 g su ile 100 g şeker vardır. Suyun 150 g’ı kalır. Çözelti 250 g olur. 250 g çözeltide 100 g şeker varsa 100 g çözeltide 40 g şeker vardır (%40’lık çözelti).
50
FARKLI ÇÖZELTİLER KARIŞTIRILIRSA KULLANILABİLECEK BAĞINTI • m1.%1+m2.%2+……..= mToplam.%Son • Çözeltiye su eklenirse % derişim 0 alınır. • Çözeltiye saf çözünen eklenirse % derişim 100 alınır. • Çözeltiden su buharlaştırılırsa, toplama işareti yerine çıkarma işareti kullanılır. 51
• 40 g kütlece %40’lık ve 60 g kütlece %20’lik şeker çözeltileri karıştırılıp üzerine 300 g saf su ekleniyor. Buna göre oluşan son karışım kütlece % kaçlık olur? • 40.40+60.20+300.0=(40+60+300)x 1600+1200=400x 2800=400x x=7 (%7’lik) 52
• 300 g kütlece %20’lik tuz çözeltisinden çökelme olmadan 140 g su buharlaştırılarak 40 g daha tuz ekleniyor. Elde edilen tuz çözeltisi kütlece % kaçlık olur? • m1.%1+m2.%2= mToplam.%Son 300x20+40x100=(300-140+40)x%Son %Son=50 %50’lik olur. 53
• 150 g kütlece %20’lik şeker çözeltisine 50 g şeker ve 50 g su ekleniyor. Elde edilen şeker çözeltisi kütlece % kaçlık olur? • m1.%1+m2.%2 +m3.%3 = mToplam.%Son 150x20+50x100+50x0=250x%S %S=32 %32’lik olur.
54
• Kütlece %60’lık KOH çözeltisi ile kütlece %20’lik KOH çözeltisi hangi oranda karıştırılırsa son çözelti %25’lik çözelti olur? • %60’lık KOH çözeltisinin kütlesi x olsun. %20’lik KOH çözeltisinin kütlesi de y olsun. 60x+20y=25(x+y) =
55
• 200 g %25’lik tuz çözeltisi hazırlamak için aynı tuzun kütlece %60’lık ve %20’lik çözeltilerinden kaçar g kullanılmalıdır? • %1m1+ %2 m2=%S mT %60’lık tuz çözeltisinin alınan kütlesi x olsun. %20’lik tuz çözeltisinin alınan kütlesi (200-x) olur. 60x+20(200-x) =25.200 x=25 g (%60’lık tuz çözeltisinden 25 g alınır.) 175 g da %25’lık tuz çözeltisinden alınır. 56
• Kütlece %10’luk 150 g tuz çözeltisini kütlece %30’luk yapmak için kaç g su buharlaştırılmalıdır? • 1.yol: %1m1= %2 m2 10.150 = 30(150-x) 1500=30(150-x) 1500=4500-30x 30x=3000 x= 100 g su buharlaştırılmalıdır. 57
• 2.yol: m1.%1+m2.%2= mT.%S 10.150-0x=30(150-x) 1500=30(150-x) 1500=4500-30x 30x=3000 x=100 g su buharlaştırılmalıdır.
58
• İşyerlerinde insanların maruz kalabileceği CO gazı yasal limiti 1 L havada 35 mg olarak belirlenmiştir. Havanın yoğunluğu 1,75 g/L olarak alındığında izin verilen CO gazının kütlece % derişimi nedir? • = 1,75 g havada 0,035 g CO varsa 100 g havada 2 g CO vardır (%2’dir). 59
HACİMCE % DERİŞİM PROBLEMLERİ
60
HACİMCE YÜZDE DERİŞİM • Sıvılardan oluşan çözeltilerde derişim belirtilirken kütle yerine hacim değerleri de kullanılabilir. Bir çözeltinin 100 hacim biriminde çözünen maddenin hacim birimine hacimce yüzde derişim denir. • Kolonya şişesi üzerinde yazan 80° ifadesi kolonyanın 100 mL’sinde 80 mL etil alkol olduğunu belirtir. 61
AĞIRLIK-HACİM ESASINA DAYANAN % DERİŞİM
62
AĞIRLIK-HACİM ESASINA DAYANAN YÜZDE DERİŞİM • Katı ve sıvıdan oluşan çözeltilerde genellikle bu derişim birimi kullanılmaktadır. 100 hacim birimi çözeltide çözünen maddenin kütlesi olarak tanımlanır. Bu birim genellikle tıp ve eczacılıkta kullanılır. • Tentürdiyot iyot, sodyum iyodür, etil alkol ve sudan oluşan bir çözeltidir. 63
• Tentürdiyot 2 g iyot ve 2,5 g sodyum iyodürün etil alkolde çözülerek hacminin etil alkolle 100 mL’ye tamamlanması sonucunda elde edilir. • Bir çözeltinin ağırlık hacim esasına dayanan derişimi aşağıdaki formülle hesaplanabilir: x 100
64
• 40 mL çözeltide 10 g çözünen vardır, çözeltinin yoğunluğu 1,25 g/mL’dir. Buna göre çözelti kütlece % kaçlıktır? • m=dV m=1,25x40 m=50 g 50 g çözeltide 10 g çözünen varsa 100 g çözeltide x g çözünen vardır. x=20 g çözünen Kütlece %20’lik olur. 65
ppm (parts per million) CİNSİNDEN DERİŞİM PROBLEMLERİ (Milyonda bir oranında derişim demektir. Birimsiz niceliktir. 1 kg çözeltideki çözünen maddenin mg miktarına ppm denir.) 66
BİRİMLER • • • • • •
1 kg=103 g=106 mg 1 ton=103 kg 1 dm3=1L=103 mL 1 m3=103 dm3 1 L= 1 kg (su veya bazı ppm soruları için) 1 mL=1 g (su veya bazı ppm soruları için)
67
• Bir yüzme havuzundaki klor derişimi 4 mg/L olduğuna göre bu değerin ppm karşılığı nedir? (dsu = 1 g/mL) • 1 L=1 000 000 mg 1 000 000 mg havuz suyunda 4 mg klor olduğuna göre bunun ppm karşılığı 4 ppm olur.
68
• 4 kg su örneğinde 3,2 mg Pb+2 iyonu bulunmaktadır. Buna göre bu çözeltideki Pb+2 iyonunun derişimi kaç ppm olur? • 4 kg=4 000 000 mg 4 000 000 mg’da 3,2 mg Pb+2 iyonu bulunuyorsa 1 000 000 mg’da 0,8 mg Pb+2 iyonu bulunur. Bu da 0,8 ppm demektir. 69
• Bir musluktan alınan su örneğinde 0,02 ppm klor olduğu ölçülmüştür. Bu suyun 10 kg’ında kaç mg klor vardır? • Milyonda 0,02 klor ölçülmüş (Birim mg alınırsa 106 mg suda 0,02 mg klor var demektir. 106 mg=1 kg olduğuna göre; 1 kg’da 0,02 mg klor varsa 10 kg’da 0,2 mg klor vardır. 70
• 5 000 ppm FA çözeltisinin derişimi kaç mikromol/L olur? (FA:500 g/mol) • 1 L=1 kg= 1 000 000 mg Demek ki 1L çözeltide 5 000 mg FA çözünmüştür. 5 000 mg FA=5 g FA 500 g 1 molse 5 g 10-2 moldür. 10-2 mol=104 mikromol Çözeltinin derişimi 10 000 mikromol/L’dür. 71
DERİŞTİRME, SEYRELTME • Bir çözeltiye su eklenir veya çözünmüş madde miktarı azaltılırsa çözelti seyrelir. • Bir çözeltiden su buharlaştırılır veya çözünen maddeden eklenirse çözelti derişir. • Bu işlemlerin tamamında M = n / V formülü kullanılır.
72
ÇÖZELTİLERİN KARIŞTIRILMASINDAN SONRAKİ İYON MOLARİTELERİNİN HESAPLANMASI • a) Tepkime yoksa • b) Tepkime varsa
73
• 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. 74
• b) Çözeltilerin karıştırılmasından sonra şayet tepkime oluyorsa, bu tepkime genelde aşağıdaki iki 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. 75
ÇÖZELTİLER ARASINDAKİ YER DEĞİŞTİRME REAKSİYONLARINDAN HANGİLERİ GERÇEKLEŞİR? • KCl(suda) + NaNO3(suda) → Reaksiyon gerçekleşmez. • Gerçekleşen reaksiyonlarda ya ürünlerde suda çözünmeyen madde (çökelek) oluşmuştur veya gaz çıkışı olmuştur ya da ürünlerde su meydana gelmiştir. 76
3.3. KOLİGATİF ÖZELLİKLER
77
KOLİGATİF ÖZELLİKLER • • • •
a. Buhar basıncı düşmesi b. Donma noktası alçalması c. Kaynama noktası yükselmesi d. Ozmotik basınç
78
ÇÖZELTİLERDE BUHAR BASINCI, DONMA NOKTASI VE KAYNAMA NOKTASI • Saf bir sıvıda uçucu olmayan bir katı çözündüğünde çözeltinin buhar basıncı ve donma noktası saf çözücününkinden düşük, kaynama noktası ise büyük olur. • Bir çözeltinin kaynamaya başlama noktası (suya göre kaynama noktasındaki yükselme miktarı) içerdiği yabancı madde çözeltisinin molaritesi ile doğru orantılıdır. 79
• Bir sıvıda başka bir sıvı çözündüğünde kaynama noktası yükselebilir de düşebilir de, ancak genelde donma noktası düşer. • Yine bir sıvıda gaz çözündüğünde genellikle kaynama noktası etkilenmez; çünkü o sıcaklığa kadar gaz uçar. Donma noktası ise genelde düşer.
80
BUHAR BASINCI DÜŞMESİ • Çözeltilerin buhar basıncı saf sıvıların buhar basıncından farklıdır. • Tuz, suyun buhar basıncını etkileyerek kaynama sıcaklığını yükseltmiş, buhar basıncını düşürmüştür. • Çözünenin derişimi ile çözeltinin buhar basıncı arasındaki ilişki Fransız kimyacı F.M.Raoult tarafından bulunmuştur. 81
RAOULT YASASI • Raoult yasasına göre uçucu bileşeni bulunmayan bir çözeltideki buhar basıncı düşmesi çözeltideki çözünen maddenin mol kesriyle orantılıdır. • Herhangi bir çözeltinin buhar basıncı (P T), çözeltiyi oluşturan bileşenlerin buhar basınçlarının (PA, PB, …) toplamına eşittir. • P T = PA + P B + … 82
• Çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli ideal bir çözeltide PA çözücünün kısmi buhar basıncı, PB çözünenin kısmi buhar basıncı olsun. • 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. • O hâlde çözünenin kısmi buhar basıncı da; PB = P0B XB olur. • Buradan PT = P0A XA + P0B XB formülü çıkar.
83
• 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). • ÇÖZÜM: C2H6O2 arabaların radyatör peteklerine soğutma amaçlı olarak katılan ve antifriz (donmayı önleyici) olarak kullanılan radyatör sıvısıdır. Etilen glikol adıyla da bilinir. 84
• 100 g’lık çözelti varsayılırsa bunun 70 g’ı C2H6O2, 30 g’ı da H2O olur. • 30 g H2O = 1,67 mol’dür. 70 g C2H6O2 = 1,13 mol’dür. Toplam mol 2,80’dir. • H2O’nun buhar basıncına katkısı 1,67/2,80=0,586 oranında, C2H6O2’nin katkısı ise 1,13/2,80=0,414 oranında olacaktır. • 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 85 mm Hg).
• 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). • Daha sonra bu iki kısmi basınç değerlerinin toplanması ile sonuç bulunmuş olur: • PT = 63,94 + 0,40 = 64,34 mm Hg • 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. 86
• Görüldüğü gibi problemi Raoult’un ortaya koyduğu formülleri kullanmadan, basit orantı mantığı ile çözdük. • Raoult yasası, François–Marie Raoult tarafından 1882 yılında ortaya konulduğundan dolayı bu adla anılmaktadır.
87
DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) • ΔTd = Kd m i • ΔTd: Donma noktasının kaç°C alçaldığı (ΔTdonma) • Kd: Su için donma noktası alçalma sabiti (1,86 °C m–1) • m: Molalite • i: Moleküler katılarda 1’dir, iyonik katılarda ise iyon sayısıdır. 88
KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ (EBÜLİYOSKOPİ) • ΔTk = Kk m i • ΔTk: Kaynama noktasının kaç °C yükseldiği • Kk: Su için kaynama noktası yükselme sabiti (0,52 °C m–1) • m: Molalite • i: Moleküler katılarda 1’dir, iyonik katılarda ise iyon sayısıdır. 89
SUDA MOLEKÜLER KATI ÇÖZÜNDÜYSE KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK HESAPLAMALAR • Molalite, 1 kg suda çözünen maddenin mol sayısıdır. • 1 kg suda 1 mol moleküler katı çözününce donma noktası 1,86 °C alçalır. • 1 kg suda 1 mol moleküler katı çözününce kaynama noktası 0,52 °C yükselir. 90
SUDA İYONİK KATI ÇÖZÜNDÜYSE KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK HESAPLAMALAR • 1 kg suda 1 mol iyonik katı çözününce donma noktası 1,86 °C’ın iyonik katının iyon sayısıyla çarpıma kadar alçalır. • 1 kg suda 1 mol iyonik katı çözününce kaynama noktası 0,52 °C’ın iyonik katının iyon sayısıyla çarpıma kadar yükselir. 91
DONMA NOKTASI BULUNMASI VEYA DONMA NOKTASI ALÇALMASI HESAPLAMALARI • 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. • Hesaplamaları orantıyla yapmak bazı sorularda daha pratik olabilir. 92
KAYNAMA NOKTASI BULUNMASI VEYA KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ HESAPLAMALARI • Hesaplanan ΔTk değeri, kaynama noktasının kaç °C yükseldiğini gösterir. Şayet çözeltinin kaynama sıcaklığı soruluyorsa 100 °C ile bulunan bu değer toplanmalıdır. • Hesaplamalar orantı yoluyla da yapılabilir. 93
KRİYOSKOPİK VE EBÜLİYOSKOPİK HESAPLAMALARDA ÇÖZELTİNİN HACMİ SUYUN KÜTLESİ KABUL EDİLEBİLİR • Seyreltik molar çözeltilerde çözeltinin mL cinsinden hacmi, suyun gram cinsinden miktarı olarak kabul edilir. Hassas hesaplamaya lüzum yoktur. 94
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 • 1. işlem: Çözeltiyi 1 L kabul edersek çözünen madde miktarı 4,81 x 10 –2 mol olur. 95
• 2. işlem: 1 L çözeltiyi 1000 g su olarak alabiliriz; molar çözelti seyreltik olduğundan, hata ihmal edilebilirdir. • 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.
96
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 • ΔTd = m Kd • ΔTd = 4,81 x 10–2 m x 1,86 °C/m = 0,09 °C 97
FORMÜLLE ÇÖZÜMDE TÜRLER VE BİRİMLER • ΔTd = Kd m i • ΔTd: Donma noktasının kaç°C alçaldığı (ΔTdonma) • Kd: Su için donma noktası alçalma sabiti (1,86 °C m–1) • m: Molalite • i: Moleküler katılarda 1’dir. 98
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
99
DENEYSEL KRİYOSKOPİ VE EBÜLİYOSKOPİ DEĞERLERİ, TEORİK DEĞERDEN GENELDE DAHA AZ ÇIKAR • 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. 100
• Deneysel kriyoskopi ve ebüliyoskopi değerlerinin teorik değerden farklı çıkmasında, çözünme tepkimesinin endotermik veya ekzotermik olmasının da rolü vardır. Tepkimenin endotermik veya ekzotermik oluşuna göre farklı formüller ortaya konulmamıştır. • Aynı şekilde çözücünün de çözünenin de polarlığı formüle yansımamıştır.
101
• Soruda molarite verildiyse, bu değer molalite olarak alınabilir. Molaliteyi molariteye çevirmeye lüzum yoktur; çünkü molar derişimler genelde düşük verildiğinden hata ihmal edilebilecek boyutta olur. • Zaten hesaplanan değere göre deneysel sonucun farklı olduğu da belirtilmişti.
102
OZMOTİK BASINÇ • Yaşamın temeli olan hücreye madde girişlerinin bir kısmı, ozmos kanunu vasıtasıyla gerçekleştirilir. • 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. 103
OZMOTİK BASINÇ İLE KRİYOSKOPİ VE EBÜLİYOSKOPİ İLİŞKİSİ • Belirli sıcaklıkta ozmotik basıncı bilinen bir çözeltinin donma ve kaynama noktası hesaplanabilir.
104
OZMOTİK BASINÇ FORMÜLÜNDE TÜRLER VE BİRİMLER • Π=cRT • Π (pi): Pa (paskal) cinsinden ozmotik basınç • c (molar konsantrasyon): 1 m3 çözelti içinde çözünen maddenin mol sayısı • R (sabit sayı): 8,314 • T: Kelvin (K) cinsinden mutlak sıcaklık 105
OZMOTİK BASINÇ PROBLEMLERİ PROBLEM: Ozmotik basıncı 300 K’de 120 kPa olan moleküler çözeltinin donma noktasını hesaplayınız (R = 8,314). ÇÖZÜM: Önce çözeltinin molaritesi bulunur, sonra donma noktası hesaplanır. • Π=cRT • 1. işlem olarak çeviri yapılmalıdır: kPa, Pa’ya çevrilir (120 kPa = 120 x 10 3 Pa). 106
• 2. işlem olarak verilenler formülde yerine konulur: 120 x 103 Pa = c x 8,314 x 300 • 3. işlemde ise c (ozmotik basınç) hesaplanır: c = 48,1 mol/m3 (1 m3 çözeltinin içinde 48,1 mol çözünen madde vardır). • 1 m3 çözelti = 1 x 103 dm3 çözelti = 1 x 103 L çözelti = 1 x 103 kg çözeltidir. • 1 x 103 kg çözelti = 1 x 103 kg su (Çözelti seyreltiktir, bu nedenle hata ihmal edilebilir boyuttadır.) 107
• 1 x 103 kg suda 48,1 mol çözünen madde varsa, 1 kg suda 48,1 x 10–3 mol çözünen madde vardır (molalite). • 48,1 x 10–3 = 4,81 x 10–2 mol çözünen madde vardır (molalite). • 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. • Çözeltinin donma noktası= -0,09 °C olur. 108
HİDROSTATİK BASINÇ • Bir sıvının, içinde bulunduğu kabın çeperine ya da içlerine daldırılan cisimlere yaptığı basınca hidrostatik basınç denir. • Hidrostatik basınç, sıvının yüzeyinde sıfırdır. Derinlere inildikçe yükselir. • Hidrostatik basınç (P), cismin bulunduğu derinlik (h) ve sıvının yoğunluğuna (d) bağlıdır. • P= hd olur. 109
3.4. ÇÖZÜNÜRLÜK
110
ÇÖZELTİ TANIMI • Çözücü ve çözünenin oluşturduğu homojen karışımlara çözelti denir.
111
ÇÖZELTİNİN BİLEŞENLERİ Çözeltilerin iki bileşeni vardır. 1– Çözücü 2– Çözünen Çözücü: Genelde miktarı çok olan ve diğerini çözen maddedir. • Çözünen: Genelde miktarı az olan ve diğeri tarafından çözülen maddedir. • • • •
112
DOYGUNLUĞA GÖRE ÇÖZELTİ TİPLERİ • DOYMAMIŞ ÇÖZELTİ • DOYMUŞ ÇÖZELTİ • AŞIRI DOYMUŞ ÇÖZELTİ
113
DOYMAMIŞ ÇÖZELTİ • Belli şartlarda bir çözücüde, çözünebilenden daha az madde çözünmüş ise bu tip çözeltilere doymamış çözeltiler denir.
114
DOYMUŞ ÇÖZELTİ • Belli şartlarda bir çözücüde, en çok çözünebilen kadar madde çözünmüş ise, bu tip çözeltilere doymuş çözeltiler denir.
115
AŞIRI DOYMUŞ ÇÖZELTİ • Bir çözücüde çözünebilenden daha fazla madde aynı sıcaklıkta çözünmüş ise bu tip çözeltilere aşırı doymuş çözeltiler denir. • Aşırı doygunluk hâli kararsız hâl olup çözeltiyi aşırı doygun hâle getiren faktörler ortadan kaldırılırsa çözelti tekrar doygun hâle döner. • Bal, pekmez ve reçel örnek verilebilir. 116
ÇÖZÜNÜRLÜK
• Belirli bir sıcaklık ve basınçta 100 gram suda çözünen en fazla maddenin kütlesine o maddenin çözünürlüğü denir. • Çözünürlük = Çözünebilenin kütlesi(g) / 100 g su
117
ÇÖZÜNÜRLÜK Belirli bir sıcaklık derecesinde 100 g suda çözünebilen maksimum çözünen maddenin gramıdır.
118
• KCl’ün 40 derece santigratta çözünürlüğü 40 g/100 g su olduğuna göre bu sıcaklıkta 280 g doymuş KCl çözeltisi hazırlamak için kaç g su gerekir? • 140 g doymuş çözelti için 100 g su gerekiyorsa • 280 g doymuş çözelti için x g su gerekir. • x=200 g su gerekir. 119
ÇÖZÜNÜRLÜK VE KÜTLECE DERİŞİM İLİŞKİSİ PROBLEMLERİ
120
• Sodyum klorürün 20 derece santigratta çözünürlüğü 36 g/100 g sudur. Buna göre çözeltideki kütlece tuz yüzdesi nedir • • • •
136 g çözeltide 36 g tuz çözünürse 100 g çözeltide x g tuz çözünür. x=26,5 g çözünür. Çözeltideki tuz yüzdesi kütlece %26,5’tir.
121
3.5. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİYEN FAKTÖRLER
122
ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER • • • •
Sıcaklık Basınç Çözücü ve Çözünenin Cinsi Ortak iyon
123
SICAKLIK • Katı ve sıvıların sudaki çözünürlükleri sıcaklıkla genellikle artar. • Gazların sudaki çözünürlükleri ise sıcaklıkla azalır.
124
• Genellikle çözünmesi endotermik (ısı alan) olan katı ve sıvıların çözünürlükleri, sıcaklıkla artar. • X(katı veya sıvı) + ısı → X(suda) • Genellikle çözünmesi ekzotermik (ısı veren) olan katı ve sıvıların çözünürlükleri, sıcaklıkla azalır. • Y(katı veya sıvı) → X(suda) + ısı • Gazların tamamının çözünmesi ekzotermik olduğundan çözünürlükleri sıcaklıkla azalır. 125
BASINÇ • Katı ve sıvıların çözünürlüğüne basıncın etkisi yoktur. Katı ve sıvıların sudaki çözünürlükleri basınçla değişmez. • Gazların sudaki çözünürlükleri ise basınçla artar. Ancak gazın çözünürlüğünün artması için çözünecek gazın basıncının arttırılması gerekir (Gazozların basınçlı gaz içermesi). 126
ÇÖZÜCÜ VE ÇÖZÜNENİN CİNSİ • Genel olarak benzer maddeler birbiri içinde iyi çözünür. Polar, polarda iyi çözünür. Apolar, apolarda iyi çözünür. • Tuz, suda iyi çözünür; çünkü her ikisi de polardır. • Alkol, suda iyi çözünür; çünkü iki molekül bir biriyle hidrojen bağı oluşturur. • Naftalin suda iyi çözünmez; çünkü iki molekül arasında bir benzerlik yoktur. 127
• 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. • Bir maddenin çözünürlüğü, çözücü değiştirildiğinde değişir.
128
ORTAK İYON • Ortak iyon, çözünürlüğü azaltır; örneğin AgCl katısı saf suda, NaCl çözeltisindekinden daha çok çözünür.
129
ÖRGÜ ENERJİSİ (KRİSTAL ENERJİSİ) • 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. 130
• İyonik kristalde iyonları ayırmak için gerekli enerjiye örgü enerjisi denir.
131
BORN–HABER ÇEVRİMİ (BORN–HABER DÖNGÜSÜ) • “NaCl’yi Na ve Cl atomlarından nasıl elde edebiliriz?” sorusunun teorik cevabı bize örgü enerjisinin sayısal değerini verir. • Aşağıdaki üç reaksiyonun enerjileri toplanınca örgü enerjisi bulunmuş olur. • Na0(k) → Na0(g) • Na0(g) → Na+(g) • Cl0(g) → Cl–(g)
132
• 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: • Na0(k) + Cl0(g) → Na+(g) + Cl–(g)
133
HİDRASYON ENERJİSİ (HİDRATASYON ENERJİSİ) • Hidrasyon enerjisine hidratlaşma enerjisi de denir. • NaCl’nin suda çözünebilmesi için; çok sayıda su molekülünün kısmi artı (+) kısmının NaCl’deki klorür anyonunun etrafını, çok sayıda su molekülünün kısmi eksi (–) kısmının da NaCl’deki sodyum katyonunun etrafını sarması gerekir. 134
• Hidratlaşma enerjisinin sayısal değeri, örgü enerjisinin sayısal değerinden büyükse iyonik katı suda çözünür.
135
OKSİTLERİN SUDA ÇÖZÜNMEMESİNİN SEBEBİ ÖRGÜ ENERJİSİNİN YÜKSEKLİĞİDİR • Örgü enerjisinin yüksekliği, kristalin kararlılığını gösterir. • O(g) + e– → O–(g) ΔH = –141,3 kJ/mol • O–(g) + e– → O–2(g) ΔH = +844 kJ/mol • Çözeltide tek başına O–2 görülmez; (OH)– görülür. 136
ÇÖZÜNME ENTALPİSİ (ÇÖZÜNME ISISI) • Çözünme olayına ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına çözünme entalpisi denir. • İyonik bileşiklerin çözünürlüğü hakkında genelleme yapamayız. Bunun nedeni ise örgü enerjisidir; örneğin, NaCl’nin suda çözünmesi endotermiktir. 137
İYONİK KATININ SUDA ÇÖZÜNMESİ SIRASINDAKİ ENERJİ DEĞİŞİMİ ΔHçözünme=–Kristal enerjisi+Hidratlaşma ısısı • Endotermik tepkimelerde ΔHçözünme pozitif değer çıkar, ekzotermik tepkimelerde ise ΔHçözünme negatif değer çıkar. • İyonik katıların suda çözünmesi genelde endotermiktir. 138