12: Moleküller Arası Kuvvetler : Sıvılar ve Katılar

Transkript

1 12: Moleküller Arası Kuvvetler : Sıvılar ve Katılar

2 Moleküller Arası Kuvvetler: Moleküller arasındaki kuvvetler, bileşikleri bir arada tutan molekül-içi çekim kuvvetleri kadar kuvvetli değildirler. Öte yandan bu kuvvetler, kaynama ve erime noktası, buhar basınçları ve viskozite gibi fiziksel özellikleri kontrol edebilecek kadar güçlüdürler. Van der Waals Kuvvetleri adı altında toplanırlar. Van der Waals Kuvvetleri: Anlık ve İndüklenmiş Dipoller Dipol Dipol Etkileşimleri Hidrojen Bağı

3 Anlık ve İndüklenmiş Dipoller: Apolar bir molekülde anlık elektron yer değişimi, moleküle anlık dipol moment kazandırır. Eğer bu anlık dipol başka bir polar moleküle yaklaşırsa o molekülde de yük ayrılmasını sağlayarak iki molekül arasında çekim meydana getirir. Bir atom ya da moleküldeki yük dağılımı polarlanabilirlik terimi ile adlandırılır. Polarlanabilirlik eğilimi arttıkça molekülün kutuplanabilirliği de artar. Kutuplanabilirlik de atom ya da molekül hacmi ile orantılı olarak artar. Büyük moleküllerde çekirdekten uzaktaki elektronlar daha gevşek tutulduğundan bu elektronlar kolayca hareket ederek molekülün kutuplaşmasını sağlar.

4 Bileşik Kutuplanabilirlik, Molekül Kütlesi Kaynama Noktası, 10x -25 cm 3 o C H O CH CCl Kutuplanabilirlik kapasitesi artan molekül diğer molekülü de etkileyerek moleküller arası çekim kuvvetlerinin kurulmasını kolaylaştırır. Moleküller arası çekim arttıkça moleküllerin birbirinden uzaklaşması zorlaşır böylece erime ve kaynama noktaları yükselir. Düz zincirde elektronlar daha kolay hareket ederek, molekülü daha kolay kutupladıklarından moleküller arası kuvvetler daha güçlüdür.

5 Dipol Dipol Etkileşimleri: Polar moleküllü bileşiklerde moleküller, bir molekülün pozitif ucu ile diğer molekülün negatif ucu birbirine yönelecek şekilde istiflenirler. Polar moleküller dipol momente sahip olduklarından moleküller arası çekim kuvvetleri daha kuvvetli, kaynama noktaları da daha yüksektir.. N 2 O 2 NO μ = 0 μ = 0 μ = D KN: o C KN: o C KN: o C

6

7 Hidrojen Bağı: Bir molekülde oksijen, azot veya flor gibi elektronegatif bir atoma bağlı hidrojenin kısmi artı yükle yüklenmesi sonucu, başka veya aynı moleküldeki elektonegatif atom ile yaptığı kuvvetli bağdır.

8 HF, H 2 O ve NH 3 moleküllerinde bağlar H bağıdır ve diğer moleküller arası çekim kuvvetlerinden daha kuvvetlidir.

9 Yakıt olarak kullanılan bütan mı kullanılan aseton mu yoksa çözüzü olarak daha önce kaynar

10 Suda Hidrojen Bağı: Suda her bir su molekülü dört su molekülüyle H bağı yaparak suyun düzgün dört yüzlü yapısını oluşturur. Su dondukça moleküllerin daha sıkı istiflenmesi gerekir. Ancak su buz tutarken, esnek olmayan fakat aralıklı yapısını bozmadan katı hale gelir. Bu nedenle buzun hacmi azalamadığından yoğunluğu küçülür. Buz erirken ise bu bağların bazıları kırılır ve kristal yapı bozularak moleküller bağların esnekliğinden dolayı biraz daha yaklaşır ve birim hacimde daha fazla su molekülü bulunur ve suyun yoğunluğu artar.

11 Su Parafin

12 Hidrojen Bağının Viskoziteye Etkisi: Hidrojen bağının sadece kaynama noktasına değil viskoziteye de etkisi vardır. Bir alkol molekülünde OH grubu sayısı arttıkça daha fazla hidrojen bağı yapacağından molekülde çekim kuvvetleri artar ve molekül daha viskoz hale gelir.

13 Moleküller Arası ve Molekül İçi Hidrojen Bağı:

14 Van der Waals Kuvvetlerini Özeti: London Dağılma Kuvvetleri (anlık dipol) bütün moleküllerde vardır. Bu kuvvetler elektronların hareketinden kaynaklandığından molekül kütlesi dolayısıyla elektron sayısısı arttıkça kuvvetlerin büyüklüğü de artar. Moleküldeki kalıcı dipol moment dağılma kuvvetlerinin etkisini arttırır. Kalıcı dipol, erime ve kaynama noktası ile buharlaşma entalpisine de etkiler. Molekül kütleleri çok farklı atomlardan oluşmuş bileşiklerde moleküller arası dağılma kuvvetleri dipol kuvvetlerinden daha önemlidir. Molekül Dipol moment % Dağılma % Dipol H buh kj/mol KN (K) F HCl HBr HI

15 2. Sıvıların Bazı Özellikleri: Yüzey Gerilimi: Sıvının içerisindeki her bir molekül, komşu moleküllerce eşit, fakat zıt yönlerde çekildikleri için, bu moleküllerin üzerlerine tesir eden toplam kuvvet sıfır olur. Ancak yüzeydeki sıvı moleküllerinin sadece bir tarafı diğer sıvı molekülleriyle çevrili olduğu için, bunlar içeriye doğru net bir kuvvetle çekilirler ve yüzeyde daha az molekül kalmaya çalışır yani sıvılar yüzey alanlarını azaltmaya çalışır. Yüzey alanını arttırmak için gerekli enerjiye yüzey gerilimi (γ) denir ve birimi j/m 2 dir. Sıcaklıkla taneciklerin kinetik enerjisi dolayısıyla hareketi arttığından çekim kuvvetleri azalır, böylece yüzey gerilim de azalır.

16

17 Kohezyon Kuvvetleri: Benzer moleküller arasındaki çekim kuvvetlerinin ölçüsüdür. Adezyon Kuvvetleri: Farklı moleküller arasındaki çekim kuvvetlerinin bir ölçüsüdür. Su ve cam arasındaki çekim kuvvetleri (adezyon), suyun kendi çekim kuvvetlerinden (kohezyon) baskın geldiğinden, su camda ilerleyerek ıslatır. 20 o C de su ve civanın yüzey gerilimleri γ su : 7.28 j/m 2 γ civa : 47.2 j/m 2 Civanın moleküller arası çekim kuvvetleri (kohezyon) çok fazla olduğundan yayılmak yerine kendi içinde toplanır. Ya da su yağlı bir yüzeye düştüğünde suyun kendi çekim kuvvetleri yağ-su çekim (adezyon) kuvvetlerine baskın geldiğinden ıslatmaz.

18

19 Suya Deterjan Katılması: 1. Deterjan çözeltisi yağı (kiri) çözerek yüzeyleri temizler. 2. Deterjan suyun yüzey gerilimini düşürerek ıslanmayı sağlar. Deterjan molekülleri suyun yüzeyinde toplanarak suyun yüzeydeki kendi çekim kuvvetlerini zayıflatır. Viskozite: Sıvıların akmaya karşı gösterdikleri dirençtir. Moleküller arası çekim kuvvetlerinin bir sonucudur. Sıvıların kohezyon kuvvetleri ne kadar büyük olursa sıvının viskozitesi de artar. Sıcaklıkla moleküllerin hareketi arttığından viskozite azalır.

20 Buharlaşma Entalpisi: Moleküllerin sıvı yüzeyinden gaz ya da buhar hale geçişine buharlaşma denir. Buharlaşma aşağıdaki durumlarda daha hızlıdır; Yüksek sıcaklıkta moleküllerin hareketi arttığından çekim kuvvetleri azalır ve buharlaşma daha kolay olur. Yüzey alanı genişlediğinde (düşük yüzey gerilim) sıvı yüzeyinde daha fazla molekül bulunduğundan buharlaşabilecek molekül sayısı artar. Moleküller arası kuvvetler azaldığında çekim kuvvetleri de azalır ve buharlaşma hızlanır. Buharlaşma Entalpisi (j/g, cal/g) : Belirli miktar sıvının sabit sıcaklıkta buharlaşması için gerekli ısı miktarıdır. 1 mol sıvının sabit sıcaklıkta buharlaşması için gerekli ısı miktarı ise Molar Buharlaşma Entalpisidir (j/mol, cal/mol). Moleküller arası çekim kuvvetlerinin artmasıyla artar.

21 buh Bazı buharlaşma entalpileri

22 Suyun normal KN daki L buhar, hafifçe soğutulan bir yüzeyde yoğunlaştırılıyor. Açığa çıkan ısı miktarını hesaplayınız. Normal kaynama noktasında buhar sıvı su ile dengeye geldiğinde, buhar 1 atm basınçtadır. Bu durumda elimizdeki 100 o C de ve 1 atm basınçta L lik bir gazdır.

23 2,35 g dietileter (Ma: g/mol) in 298 K de buharlaşması için ne kadar ısı gerekir.

24 Buhar Basıncı: Kapalı kapta buharlaşan sıvı durumunda kapta sıvı ve buhar aynı anda bulunur. Buharlaşma devam ettikçe buhar fazındaki moleküller tekrar sıvı faza dönmeye başlar. Sıvı buhar dönüşüm miktarı eşitlendiğinde sistem dinamik denge dedir denir. Sıvısıyla dinamik dengede bulunan buharın yaptığı basınç o sıvının buhar basıncıdır. Sıcaklıkla buhar basıncı artar. Sıvı miktarına bağlı değildir.

25

26 Buhar Basıncının Ölçülmesi: Bir sıvının buhar basıncı ölçülürken genellikle sıvıya ölçülecek sıcaklıkta inert gaz gönderilerek, inert gazın sıvı buharıyla doygunlaştırılması esasına dayanır ve ideal gaz eşitliği uygulanarak sıvının buhar basıncı hesaplanır. Buhar Basıncı Denklemi: Clausius Clapeyron Denklemi H buh : j/mol R: j/mol.k

27 1360 o C de 113 L helyum gazı aynı sıcaklıktaki eritilmiş Ag içerisinden geçirilmiştir. Gaz gümüş buharı ile doyarken, sıvı gümüş ün kütlesi g azalmıştır. Bu sıcaklıkta sıvı gümüş ün buhar basıncı nedir? Dalton kısmi basınçlar yasasına göre gümüşün buhar basıncı 113 L lik hacmi tek başına işgal etmesi halindeki basıncı olarak verilir.

28 ÇEŞİTLİ SICAKLIKLARDA SUYUN BUHAR BASINCI

29 H3 Bir kimyasal tepkime sonucunda 50 o C de 525 ml hacimli bir balonda bulunan g su, yalnız buhar halindemi, yanız sıvı haldemi yoksa sıvı buhar dengesi halinde mi bulunur? Cevabınızı kanıtlayınız Sadece su olsaydı d= 1g/mL den hacim ml Sadece buhar olsaydı Buhar basıncı

30 Slayt 29 H3 HAKKI;

31 Bir kimyasal tepkime sonucunda 50 o C de 525 ml hacimli bir balonda bulunan g su, yalnız buhar halindemi, yanız sıvı haldemi yoksa sıvı buhar dengesi halinde mi bulunur? Yukarıdaki sorudaki mevcut su ve su buharı kütleleri nedir?

32 Buhar Basıncı Denklemi: Clausius Clapeyron Denkleminin uygulanması Aşağıdaki tablolardaki verileri kullanarak suyun 35 o C deki buhar basıncını bulunuz?

33 Bazı buharlaşma entalpileri buh ÇEŞİTLİ SICAKLIKLARDA SUYUN BUHAR BASINCI

34 Yukarıdaki tablolardaki verileri kullanarak suyun 35 o C deki buhar basıncını bulunuz? Verilen sıcaklıkta (T 1 ) bilinmeyen ve isten buhar basıncı P 1 =? Verilen çizelgelerden P 2 ve T 2 için bir sıcaklık seçelim Örneğin 40 o C

35 Metanolun 21.2 o C de ki buhar basıncı 100 mmhg ise 25 o C deki buhar basıncı nedir?

36 Kaynama ve Kaynama Noktası: Açık bir kapta ısıtılan sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklık kaynama noktası dır. Kaynama noktasında buharlaşma sıvının iç kısımlarında da kabarcık oluşumu şeklinde gözlenir bu olaya da kaynama denir. 1 atm basınç altındaki kaynama sıcaklığı normal kaynama noktasıdır. Kaynama noktası basınçla doğru orantılı olarak değişir. Örnek: Düdüklü tencerelerde yüksek basınç altında sıcaklık yaklaşık o C ye yükselir.

37 1. Suyun ısı kapasiyesi büyük olduğundan gelen ısı su tarafından alınır 2. Su kaynadığı sürece gelen ısı buharlaşma için kullanılır ( H buh ) 3. Bardakta su olduğu sürece suyun sıcaklığı KN nın üzerine çıkamaz

38 Kritik Nokta: Eğer sıvılar kapalı kapta ısıtılırsa kaynama olmadan basınç arttıkça sıvını sıcaklığı da artmaya devam eder. Bu artış sıvı ile buhar fazlarının ayırt edilemediği tek bir faz durumuna gelmesine kadar devam eder. Sıvı ile buharın tek faz gibi göründüğü sıcaklık Kritik Sıcaklık (T k ), basınç ise Kritik Basınç (P k )olarak adlandırılır. Kritik sıcaklığın üzerinde buhara basınç uygulansa da sıvılaştırılamaz.

39

40 Aşağıdaki maddeleri beklenen KN larına göre sıralayınız Bu maddelerden 3 tanesi apolardır. Bunlarda dağılma kuvvetlerinin büyüklüğü ve dolayısıyla KN ları molekül kütlesine bağlı olarak artar. Polardır. Hem Ma bakımından hemde Moleküler arası kuvvetler bakından N 2 ve Cl 2 den daha büyüktür. Bu nedenle N 2 ve Cl 2 den daha yüksek KN na sahip olmalıdır. CCl 4 e göre molekül kütlesi çok düşüktür. ( akb). Bu durumda beklenen sıra

41 Aşağıdaki maddeleri beklenen KN larına göre sıralayınız

42 3. Katıların Bazı Özellikleri: Erime, Erime Noktası ve Erime Isısı: Bir katı ısıtıldıkça taneciklerin hareketi artarak kristal yapının bozulmasına neden olur. Belli bir sıcaklığa gelindiğinde ise tanecikler bir biri üzerinden kayarak katı sıvılaşmaya başlar. Bu olay erime, erimenin olduğu sıcaklık ise erime sıcaklığı olarak adlandırılır. Erime sıcaklığında katı sıvı dengededir ve erime sıcaklığı ile donma sıcaklığı aynı değerdir. Erime boyunca sıcaklık sabit kalır, tüm katı eridikten sonra sıcaklık artmaya başlar. Süblimleşme: Katının sıvı faza geçmeden gaz fazına geçmesidir. H süb = H eri + H buh

43 Iyot un süblimleşmesi H4

44 Slayt 42 H4 HAKKI;

45 4. Faz Diyagramları: Maddelerin en kararlı hallerin mevcut bulunduğu sıcaklıkbasınç değerleri hakkında bilgi veren grafiklerdir. Grafikte çizgiler dengedeki iki fazı, bölgeler ise kararlı tek fazı gösterir. İyodun Faz Diyagramı: Iyotun faz diyagramı OD: Erime eğrisi (E.N. Üzerine basıncın etkisini gösterir. Bu nokta katı-sıvı ve gaz fazının dengede olduğu tek sıcaklıktır) OC: Buhar basıncı eğrisi OB: Süblimleşme eğrisi o C normal kaynama noktası 1 atm in altında o C de katı-sıvı-gaz birlikte bulunur. Kritik Nokta

46 CO 2 in Faz Diyagramı: Normal şartlarda (1atm) CO 2 sıvılaşmaz katı gaz geçişi olur, Bu nedenle kuru buz olarak adlandırılır. Kuru buz 1 atm de düşük sıcaklıkta gaz halinde olduğundan soğutma amaçlı kullanılır. 5.1 atm basınçta ancak sıvılaşabilir.

47 Suyun Faz Diyagramı: Suyun diğerlerinden farkı, OD erime eğrisinin negatif eğimli (sola eğik) olmasıdır. Yani basınç arttıkça erime noktası düşer. Oysa katıları sıkıştırdıkça daha çabuk yani erime noktasından daha büyük sıcaklıklarda donması gerekir. Bu durum buzun donarken hacim genişlemesinden dolayıdır.

48 Süper Kritik Akışkan: Maddeler belli bir sıcaklık (kritik sıcaklık, T k ) ve basınç (kritik basınç, P k ) değerlerinin üzerinde ne sıvı ne de gaz olarak adlandırılamayan bir hal alırlar. Bu fazın yoğunluğu sıvınınki gibi yüksek fakat viskozitesi gazınki gibi düşüktür. T k değerlerinin üzerindeki sıcaklıklarda basıncı ne kadar arttırırsak arttıralım sıvılaşma gerçekleşmez. Fazlar ve Faz Geçişleri: Faz, bir sistemin diğer kısımlardan kesin sınırlarla ayrılmış, fiziksel olarak farklı homojen kısımlarıdır. Sabit basınç çizgisi (izobar) boyunca sıcaklık arttırılırsa madde ısı soğurur. Sabit sıcakılık çizgisi (izoterm) boyunca basınç arttırılırsa hacim azalır.

49 13: Çözeltiler ve Fiziksel Özellikleri

50 1. Çözelti Türleri: Çözeltiler, iki ya da daha fazla bileşenden oluşan homojen karışımlardır ve çözeltinin özellikleri karışımın her yerinde aynıdır. Çözeltinin miktarca fazla olan bileşeni çözücü, çözücüde içindeki miktarca az olan diğer bileşen ise çözünen olarak adlandırılır. Çözünen miktarı fazla ise derişik çözelti, çözünen miktarı çok az ise seyreltik çözelti olarak adlandırılır. 2. Çözelti Derişimi: Derişim, bir çözeltideki çözünen miktarının bir ölçüsüdür.

51 Kütle Yüzdesi: 100 g kütleli çözeltideki çözünen miktarını belirtir. Örnek: Kütlece %5 lik NaCl çözeltisi; 95 g su ve 5 g NaCl içerir. Hacim Yüzdesi: 100 ml çözeltideki çözünen hacmini belirtir. Örnek: Hacimce %25 lik alkol çözeltisi; 25 ml alkol suda çözünerek 100 ml ye tamamlanır. Kütle / Hacim Yüzdesi: 100 ml çözeltideki çözünenin gram miktarını belirtir. Çok küçük derişimler için ppm, ppb ve ppt birimleri verilir. ppm: mg/l (10-3 g/l) ppb: μg/l (10-6 g/l) ppt: ng/l (10-9 g/l) Örnek: %5 lik NaCl çözeltisi (kütle/hacim ): 5 g NaCl suda çözülerek 100 ml ye tamamlanır.

52 Mol Kesri (x) ve Mol Yüzdesi: Mol kesri bir karışımdaki bileşenin mol sayısının toplam mol sayısına oranıdır. Mol yüzdesi ise mol kesrinin 100 le çarpılması ile bulunur A ve B bileşenlerinden oluşan çözeltide; A nın mol kesri B nin mol kesri x A + x B = 1 Molarite: 1 L çözeltide çözünmüş maddenin mol miktarını belirtir. Hacim sıcaklıkla arttığı için çözeltinin hazırlandığı sıcaklık ile çalışma sıcaklığının aynı olması gerekir. Molalite: 1000 g çözücüde çözünen maddenin mol sayısını belirtir.

53 H5 10 ml Etanolün (CH 3 CH 2 OH) (d=0.789 g/ml) suda çözünmesi ve hacminin su ile 100 ml ye tamamlanası işlemiyle; g/ml yoğunluğa sahip bir etanol-su karışımı hazırlanmıştır. Etanolün 1- hacim yüzdesi 2- kütle yüzdesi 3- kütle/hacim yüzdesi 4- mol kesri 5- mol yüzdesi 6- molaritesi 7- molalitesi 1- HACİM YÜZDESİ

54 Slayt 51 H5 HAKKI;

55 10 ml Etanolün (CH 3 CH 2 OH) (d=0.789 g/ml) suda çözünmesi ve hacminin su ile 100 ml ye tamamlanası işlemiyle; g/ml yoğunluğa sahip bir etanol-su karışımı hazırlanmıştır. 2- kütle yüzdesi

56 10 ml Etanolün (CH 3 CH 2 OH) (d=0.789 g/ml) suda çözünmesi ve hacminin su ile 100 ml ye tamamlanası işlemiyle; g/ml yoğunluğa sahip bir etanol-su karışımı hazırlanmıştır. 3- kütle/hacim yüzdesi

57 10 ml Etanolün (CH 3 CH 2 OH) (d=0.789 g/ml) suda çözünmesi ve hacminin su ile 100 ml ye tamamlanası işlemiyle; g/ml yoğunluğa sahip bir etanol-su karışımı hazırlanmıştır. 4- mol kesri

58 10 ml Etanolün (CH 3 CH 2 OH) (d=0.789 g/ml) suda çözünmesi ve hacminin su ile 100 ml ye tamamlanası işlemiyle; g/ml yoğunluğa sahip bir etanol-su karışımı hazırlanmıştır. 5- mol yüzdesi 6- molaritesi 7- molalitesi

59 MOLARİTENİN MOL KESRİNE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ Laboratuvarda kullanılan amonyağın (NH 3 ) molaritesi: 14.8 M ve yoğunluğu d= g/ml) dir. Bu çözeltide amonyağın mol kesri nedir NOT: bu tür sorularda çözelti hacmi verilmezse, istenilen bir hacim seçilebir. 1L hacim olarak seçilebilir ve işlem kolaylığı sağlar 1- Amonyağın mol sayısı bulunur

60 2- suyun mol sayısı bulunur 3- Amonyağın mol kesri bulunur

61 3. Moleküller Arası Kuvvetler ve Çözünme Çözünürlük, belirli miktar çözücüde belli sıcaklıkta çözünebilen maksimum madde mikatrıdır. Çözünme işlemi moleküller arası kuvvetlerin bir sonucudur. Çözelti Entalpisi ( H çözl ): Çözelti oluşurken meydana gelen ısı değişimidir. Endotermik veya ekzotermik olabilir. Çözünme sırasında aşağıdaki enerji değişimleri meydana gelir; a. Çözücü molekülleri arasındaki kuvvetleri yenmek için gerekli enerji H a > 0 b. Çözünen molekülleri arasındaki kuvvetleri yenmek için gerekli enerji H b > 0 c. Çözücü ve çözünen molekülleri birbirine yaklaşırken dışarı enerji verilir H c < 0 Toplam enerji değişimi H çözl = H a + H b + H c H çözl < 0 ise ekzotermik H çözl > 0 ise endotermik

62 Karışımlarda Moleküller Arası Kuvvetler: Çözelti entalpisinin değeri çözeltideki çözücü - çözücü, çözünen - çözünen ve çözücü - çözünen çekim kuvvetlerine bağlıdır. A A B B A B 1. A-A, B-B ve A-B çekim kuvvetleri eşit büyüklükte ise oluşan çözelti ideal çözeltidir ve çözücü ile çözünen molekülleri gelişigüzel karışarak homojen bir karışım oluşturur. H c = -( H a + H b ) H çözl = 0 2. A-B çekim kuvvetleri, A-A ve B-B çekim kuvvetlerinden büyükse ideal olmayan çözelti oluşur. H c > ( H a + H b ) H çözl < 0 3. A-B çekim kuvvetleri, A-A ve B-B çekim kuvvetlerinden küçükse ideal olmayan çözelti oluşur. H c < ( H a + H b ) H çözl > 0 4. A-B çekim kuvvetleri, A-A ve B-B çekim kuvvetlerinden çok küçükse bileşenler karışmaz ve heterojen karışım oluşur. Benzer benzeri çözer

63 İyonik Çözeltilerin Oluşumu: İyonik çözeltilerde çözünen iyonları çözücü molekülleri tarafından sarılır. Bu sırada su molekülleri ile iyonlar arasında iyondipol etkileşimi oluşur. İyon dipol etkileşimleri, kristaldeki çekim kuvvetlerini yenecek kadar büyükse çözünürlük gerçekleşir. Çözünen iyonlarının çözücü molekülleri tarafından sarılması hidratasyon olarak adlandırılır. Hidratasyon sırasında enerji açığa çıkar. Çözünürlük genellikle endotermik bir olaydır ve üç basamakta gerçekleşir. NaCl ün sudaki çözünürlüğü için; NaCl(k) Na + (g) + Cl - (g) H örg > 0 Na + (g) Na + (suda) H hid < 0 Cl (g) Cl (suda) H hid < 0 NaCl(k) Na + (suda) + Cl (suda) H çözl = H örg + H hid + H hid = 5 kj

64 4. Çözelti Oluşumu ve Denge: Çözelti oluşumu sırasında çözücü ve çözünen arasında bir denge söz konusudur. Çözünme işlemi her madde için sınırlıdır. Okların uzunlukları çözünme ve çökelme hızlarını gösterir. (a) Çözünen madde çözücü içine konduğu anda çözünme başlar. (b) Bir süre sonra çökelme hızı önemli bir değere ulaşır. (c) Çözünme ve çökelme hızları eşit olduğu zaman çözelti doygun hale gelir (Dinamik denge).

65 Verilen bir sıcaklıkta normal olarak mümkün olan en fazla çözünen içeren çözeltiye doygun çözelti denir. Doygun çözeltinin derişimi, çözünenin bulunduğu çözücüdeki çözünürlüğünü verir. Verilen koşullarda çözebileceğinden daha az çözünen taşıyan çözeltiye doymamış çözelti denir. Doymuş bir çözeltiden daha fazla çözünen içeren çözeltiye aşırı doymuş çözelti denir. Belli sıcaklıkta doymuş çözelti daha fazla ısıtıldığında içinde daha fazla madde çözünür ve aşırı doymuş hale getirilir. Aynı çözelti geri soğutulduğu zaman ise fazla kristal çökmeden kalabilir. Aşılama yapılarak fazla kristal çöktürülür. Aşılama: aşırı doymuş çözeltiye çözünen kristallerinden birkaç kristal eklenerek çökmenin sağlanması işlemi.

66 Çözünürlüğün Sıcaklığa Bağımlılığı: Çözünürlük genellikle (%95) endotermik bir olay olduğundan sıcaklıkla artar. Çözünürlük entalpisi ekzotermik olan maddelerde ise sıcaklıkla çözünürlük azalır. Çözünürlükteki bu değişim doygunluğa yakın çözeltiye çözünen eklendiğinde görülen değerdir. Çözünme ısısı ekzotermik olmasına karşın sıcaklıkla çözünürlük artabilir.

67

68 60 o C desi 200 g suya 95 g NH 4 Cl tuzunun ilavesiyle hazırlanan bir çözelti 20 o C ye soğutulursa kaç gr amonyum klorür çöker? Tablodan 20 derecede amonyum kolür tuzunun sudaki çözünürlüğü bulunur 37 g NH 4 Cl / 100 g H 2 O

69 5. Gazların Çözünürlükleri: Sıcaklığın Etkisi: Çoğu gazın sudaki çözünürlüğü sıcaklıkla azalır. Organik çözücülerde ise genellikle sıcaklıkla gazların çözünürlüğü artar. Basıncın Etkisi: Gazların çözünürlüğüne basıncın etkisi Henry Yasası ile açıklanır. Bu yasaya göre, bir sıvının içerisinde bir gazın çözünürlüğü sıvı üzerindeki gazın basıncı ile doğru orantılıdır. C = k x P gaz k: sıcaklığa bağlı Henry sabiti Örnek: Soda yüksek basınç altındaki CO 2 gazını içerir. Kapak açıldığında basınç azalmasına bağlı olarak gazın çözünürlüğü düşer ve şişeden kabarcıklar halinde uzaklaşır.

70

71 0 o C de ve 1 atm oksijen basıncında, O 2 (g) gazının sudaki çözünürlüğü 48.9 ml/ml dir. Oksijen gazının havadaki normal kısmi basıncında yani atm de doymuş bir sulu çözeltide O 2 nin maritesi ne olmalıdır? Çözünen maddenin konsantrasyonu SORULAN C = k x P gaz atm? 0 o C de ve 1 atm de oksijen gazının çözünürlüğü verilmiştir Buradan çözünen gazın konsantrasyonu ( C) bulunabilir O 2 gazı için k sabiti hesaplanabilir

72

73 6. Çözeltilerin Buhar Basınçları: Uçucu sıvıların birbirinden ayrılması sıvıların buhar basınçlarının farklılığına dayanır. Bir çözücü (A) ile çözünen (B) sistemini ele aldığımızda çözünen maddenin çözücünün buhar basıncını düşürdüğünü görürüz. İdeal Çözeltide bu durum Roult Yasası ile aşağıdaki gibi açıklanır. P A = x A P o A P B = x B P o B P A : Çözeltideki çözücünün kısmi buhar basıncı P o A: Saf çözücünün buhar basıncı x A :Çözeltideki çözücünün mol kesri x A + x B = 1 Roult Yasası x çözücü > 0.98 olduğu çok seyreltik ideal olmayan çözeltilerdeki çözücüler için de doğru sonuç vermektedir.

74 Saf benzen ve tolüenin 25 o C deki buhar basınçları sırasıyla 95.1 ve 28.4 mmhg dır. Benzen ve tolüenin her ikisinde mol kesri 0.5 olan bir çözelti hazırlanırsa; benzen ve tolüenin bu çözeltideki kısmi basınçları ne olur, toplam buhar basıncı ne olur? P A = x A P o A

75 Sıvı Buhar Dengesi: İdeal Çözeltiler P benz = x benz P o benz P benz = 0.5 x 95 = 47.5 mmhg P tol = x tol P o tol P tol = 0.5 x 28.4 = 14.2 mmhg P top = = 61.7 mmhg 3 noktası; x benz = x tol = 0.5 bileşimli sıvının buhar basıncı 4 noktası; aynı basınçta sıvısı ile dengede olan buharın bileşimi

76 Ayrımsal Damıtma: Sıvıları kayama noktaları farkından yararlanarak safsızlıklarından kurtarma yada sıvıları bir birinden ayırma işlemidir. Kaynayan çözelti buharları ayırma kolonunda dağılırlar. Kolonun üs kısmında sıcaklık düşük, alt kısmında yüksektir. Damıtma boyunca kolonun üst kısmına kayna noktası düşük olan bileşenin buharları ulaşarak soğutucuda yoğunlaşarak ayrılır. Yüksek kaynama noktalı bileşen ise damıtma balonuna geri döner.

77 Sıvı Buhar Dengesi: İdeal Olmayan Çözeltiler (Azeotroplar) İdeal olmayan çözeltilerde kaynama noktası ya ideal çözelti halinde daha yüksek (buhar basıncı düşük) ya da daha düşüktür (buhar basıncı yüksek). Minimum Kaynama Noktalı Azeotrop Saf suyun kaynama noktası 100 o C, saf propanolün kaynama nokatsı 97 o C dir. Kütlece %71.69 propanol içeren supropanol karışımı ise her iki bileşenin kaynama noktasından daha düşük bir kayna noktası veren bileşime sahiptir. Bu noktada sıvı faz ile buhar fazı aynı bileşime sahiptir.

78 7. Osmotik Basınç (π): Suda, uçucu olmayan glikoz, üre gibi bileşiklerin çözünmesiyle oluşan çözeltilerde çözünen tür çözücünün buhar basıncını düşürür. Şeker çözeltisinin buhar basıncı, saf çözücününkinden küçük olduğundan zarın her iki tarafındaki basıncın eşitlenmesi için saf çözücüden diğer tarafa geçiş olur (osmoz). Zar büyük molekülleri geçiremez. Çözelti derişimi her iki tarafta eşitlenene kadar geçiş devam eder.

79 Eğer çözelti kısmına osmotik basınçtan daha fazla bir basınç uygulanırsa ters osmoz olayı gerçekleşir ve çözelti kısmından saf çözücü kısmına su akışı gerçekleşir. Ters osmoz olayı özellikle atık suların temizlenmesinde ya da deniz suyundan içme suyu elde edilmesinde kullanılır.

80 25 0 C de M C 12 H 22 O 11 (sakkaroz) çözeltisinin osmotik basıncı nedir?

81 125 ml sinde 1.5 g sakkaroz içeren çözeltinin osmotik basıncı nedir?

82 1.08 g kan plazma proteini (serum albümini) içeren 50 ml sulu çözeltinin osmotik basıncı 298 K de 5.85 mmhg dır; albümin proteininin mol kütlesi nedir?

83 8. Elektrolit Olmayan Çözeltilerde; Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi) ve Kaynama Noktası Yükselmesi (Ebülyoskopi) Kriyoskopi ve ebülyoskopi çözünen taneciklerin (atomlar, moleküller, iyonlar) sayısına bağlıdır. Çözeltide çözünen parçacıklar, çözeltinin buhar basıncının saf çözücüye göre daha düşük olmasına neden olur. Çünkü çözünen molekülleri çözücü moleküllerinin yüzeyden ayrılmasını zorlaştırır. Sonuç olarak çözeltinin kaynama noktası saf çözücüden daha yüksek, donma noktası ise daha düşük olur.

84 Aşağıdaki eşitlikler, derişimi 1m dan düşük, elektrolit olmayan seyreltik çözeltiler için kullanılır. ΔT d = -K d x m ΔT k = K k x m T: sıcaklık farkı m : molalite K : sabit (çözücüye ait) D.N düşmesi ve K.N yükselmesi sabitleri dn o : Saf çözücünün donma noktası kn o : Saf çözücünün kaynama noktası dn: Çözeltinin donma noktası kn : Çözeltinin kaynama noktası

85 DONMA NOKTASI DÜŞMESİ VE KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ SABİTLERİ

86 Nikotin tütün yapraklarından elde edilen bir sıvıdır o C de donmaya başlayan sulu nikotin çözeltisinin molalitesi nedir? ΔT d ΔT d = -K d x m ΔT k = K k x m d d

87 2- bu çözelti g suda g nikotinin çözünmesi ile hazırlandığına göre, nikotinin mol kütlesi nedir?

88 3- Yanma analizinde nikotinin kütlece %74.03 C, %8.7 H ve %17.27 N içerdiği bulunmuştur. Molekül formülü nedir?

89 9. Elektrolit çözeltiler: ΔT d = -K d x m ΔT k = K k x m Kolligatif özellikler: Elektrolit çözeltiler iyonlaştıkları için çözeltilerinde tanecik sayısı elektrolit olmayanlara göre daha fazladır. Bu nedenle ölçülen değerlerle hesaplanan değerler farklıdır. Aradaki fark Van t Hoff (i) faktörü ile verilir. Üre, şeker, gliserin gibi elektrolit olmayan (iyonlaşmayan) çözeltiler için i=1 dir. Kuvvetli elektrolit (tamamen iyonlaşan) çözeltilerde ise; NaCl için i = 2 (iki iyon verir), MgCl 2 için i =3 (üç iyon verir) tür. Zayıf elektrolit (az iyonlaşan) CH 3 COOH için ise 2 > i >1 şeklindedir.

90 m MgCl 2 sulu çözeltisinin donma noktasını öngörünüz?

91 İyonlar Arası Çekimler: Elektrolit çözeltilerde zıt iyonlar birbiri etrafında yönelecek şekilde dağılırlar. İyonlar çözeltide hareket ederken bağımsız halde değil etraflarındaki iyon atmosferi ile birlikte hareket ederler. Çok seyreltik olmayan çözeltilerde iyonlar bireysel hallerine göre iyonların hızı azalır. NaCl için i=1 olması gerekirken i=1.94 olarak bulunur. Bu durumda derişim de iki tür olarak verilir. İyon etkileşimi olmayan çözeltiler için stokiyometrik derişim, elektrolit çözeltiler için etkin derişim (aktiflik). Örnek: 0.585g NaCl alıp 1 L ye tamamladığımız çözeltinin stokiyometrik derişimi 0.01M iken, etkim derişimi M olabilmektedir.

92 10. Kolloidal Karışımlar: Kolloidal sistemler, homojen görünümlü heterojen karışımlardır. Dağılma ortamında dağılan taneciklerin boyutu nm arasındadır. Tanecikler küre, çubuk, disk ya da iplik yumakları şeklinde olabilir. Dağılma ortamı ve dağılan faz katı, sıvı, gaz olabilir. Sadece gaz-gaz karışımları homojen olduğunda kolloidal sistem oluşturamaz. Kolloidal tanecikler büyük boyutlu olduklarından yüzeylerine çözeltideki iyonları adsorblayabilirler (yüzeyde tutunma). Yüzeyde adsorblanan iyonlar birbirlerini iterek kolloidal taneciklerin bir araya gelmesini engelleyerek çökelmenin önüne geçilir. Boyutları nedeniyle yarı geçirgen zarlardan geçemezler. Çözeliye elektrolit ilavesinde aşırı elektriksel yük pıhtılaşmaya yani taneciklerin çökelmesine neden olur.

93 Işık gerçek çözeltiden geçirildiğinde görülmezken daha büyük taneciklere sahip kolloidal sistemlerden geçirildiğinde ışık kolloidal tanecikler tarafından saçıldığından görülebilir.

94 Kolloidal Çözelti Türleri Dağılan Faz Dağılma Ortamı Tür Örnekler Katı Sıvı Sol Kil,Fe 2 O 3 ün sulu çözeltileri Sıvı Sıvı Emülsiyon Yağ-su karışımı, süt, mayonez Gaz Sıvı Köpük Krema Katı Katı Katı sol Renkli cam Sıvı Katı Katı emülsiyon Jeller Gaz Katı Katı köpük Sünger taşı, lav Katı Gaz Aerosol Duman Sıvı Gaz Aerosol Sis

95