KİMYA II DERS NOTLARI

Transkript

1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 KİMYA II DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Birden fazla maddenin kimyasal özellikleri değişmeyecek şekilde rasgele oranlarda bir araya getirilmesi ile oluşturulan yeni maddelere karışım adı verilir. Maddenin üç hali (katı, sıvı ve gaz) doğada ve hemen her türlü kullanımda tek başına bulunmaz. Katı, sıvı ve gaz fazındaki iki veya daha fazla madde birbirleriyle çeşitli şekillerde karışarak fiziksel karışım sistemlerini oluştururlar. Bu konuda fiziksel karışımların türleri, genel özellikleri incelenecek, karışımların özelliklerinin nitel ve nicel açıklamasında kullanılan yasa ve teorilere yer verilecektir. Karışımların Özellikleri Saf değildirler Karışımı oluşturan maddelerin kimyasal özellikleri korunur Fiziksel yollarla ayrıştırılabilirler Erime ve kaynama noktaları sabit değildir Sabit bir özkütleleri yoktur Karışımı oluşturan maddeler arasında sabit bir oran yoktur 1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

2 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Karışımlar ikiye ayrılırlar ; Homojen Karışımlar: Her yerinde aynı özellikleri gösteren karışımlara homojen karışım denir. Çözelti olarak ta adlandırılan homojen karışımlar tek bir madde gibi davranırlar. Heterojen Karışımlar:değişik yerlerinde farklı özellikler gösteren karışımlara heterojen karışımlar denir. Heterojen karışımlar emülsiyon ve süspansiyon olmak üzere ikiye ayrılırlar. Emülsiyon: Bir sıvının başka bir sıvı içinde oluşturduğu heterojen karışımlara emülsiyon karışım adı verilir. Heterojen Karışımlar Elde edilen karışımın fiziksel özellikleri çoğunlukla karışımı meydana getiren maddelerin fiziksel özelliklerinin ortalamasıdır. Heterojen bir karışımda fazlardan biri diğeri içinde ince dağılmış halde bulunur. İki fazlı bu karışımlara genelde dispers sistemler adı verilir. Herhangi bir faz içinde dağılmış olan faza dispers faz veya iç faz, dispers fazın dağıldığı ve ortamı teşkil eden faza ise dispersiyon aracı veya dış faz denir. Süspansiyon: Bir sıvı içerisinde bir katının tam olarak çözülmeyip küçük zerrecikler halinde dağılmasıyla oluşan heterojen karışımlara emülsiyon karışım adı verilir. Maddenin hallerine bağlı olarak çeşitli dispers sistemler söz konusu olabilir. En çok bilinen dispers sistemlerin bazıları tabloda verilmiştir. Disperse Faz Katı Sıvı Gaz Dispersiyon Ortamı Gaz Gaz Sıvı Sistem Duman Sis Köpük Karbon-Hava Su-Hava Sabun-Su Katı Sıvı Süspansiyon Kireç sütü Sıvı Sıvı Emülsiyon Benzen-Su 2 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

3 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Dispers sistemler akışkan olmaları ve çoğunlukla homejen görüntü vermeleri nedeni ile çözeltilere benzetilerek kolloidal çözelti kavramı ile tanımlanırlar. Ancak kaba süspansiyonları bu tanımın dışında tutmak gerekir. Genellikle ince dağılan maddenin veya moleküllerinin boyutu 1-1 Å (,1-1 mm) arasında ise meydana gelen karışıma kolloidal çözelti denir. Tanecikler bundan daha büyükse kaba süspansiyon, daha küçük ise gerçek çözelti sınırı başlar. Kolloidal Çözeltiler Gerçek bir çözelti, molekül veya iyon birimine çözünerek parçalanma sonucunda meydana gelir. Bir çözücü içinde çözünen bir madde molekül veya iyonlarına ayrılır ve bu küçük iyonlar veya moleküller çözücü içinde öyle dağılır ki çözelti göze saydam görünür. Gerçek çözelti homojendir. Kolloidal bir çözelti ise gerçek çözeltiden farklı olarak heterojendir, saydamlığı az veya bazen hiç yoktur. Çözünen maddenin molekülleri (makro moleküller) veya maddenin tanecikleri büyük ise böyle bir madde çözücü içinde dağılarak kolloidal çözelti oluşturur. Kolloidal çözeltiler; Sol, Emülsiyon, Köpük gibi bazı gruplara ayrılır. Soller Soller, katı, sıvı veya gaz içinde bir katı maddenin dispersiyona uğramasıyla oluşur. Bunlardan ikincisi (sıvı içinde katı) olanlar genel olarak Kolloid adını alır. Su içinde altın, su içinde arsenik sülfür, su içinde kükürt kolloidlere örnek olarak verilebilir. Dispersiyon ortamı su ise böyle bir sol hidrosol adını alır. Ortam alkol ise alkosol denir. Eğer kolloid parçacıkları suyu kendilerine çekerlerse hidrofilik sol (hidratize oksitler, nişasta ve protein solleri), suyu çekmezlerse hidrofobik sol (gümüş klorür baryum sülfat suda dispersiyona uğramışsa hidrofobik sol meydana gelir) adları kullanılır. 3 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

4 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Ayrıca daha genel olarak, Liyofil terimi sıvı çeken veya sıvı seven kolloidler için ve liyofob terimi de sıvı çekmeyenler için kullanılır. Kolloid parçacıkların en önemli özelliklerinden biri de elektrikçe yüklü olmalarıdır. Dispersiyon ortamı gaz olduğunda meydana gelen bu sol katı aerosol adını alır duman, volkan tozları, amonyum klorür buharı gibi. Benzer şekilde dispers faz bir sıvı dispersiyon ortamı bir gaz ise buna sıvı aerosol (sis) denir. Emülsiyonlar ve Köpükler Emülsiyon, benzen içinde su ve süt örneklerinde olduğu gibi, birbiri içinde çözünmeyen iki sıvıdan birinin diğeri içindeki dispersiyonu ile elde edilir. Elektrik yükleri ve çok küçük olan boyutları sayesinde dispers sistem oluşturabilirler. Ayrıca dispersiyona uğrayan maddenin konsantrasyonu küçüktür. Tanecikler birinciye göre çok büyük olduğundan, yüzeylerindeki elektrik yükü onları kolloidal halde tutmaya yetmez. O halde böyle bir emülsiyonu yapabilmek ve koruyabilmek için özel bazı maddeler katılması gereklidir. Bu maddelere emülgatör denir. Bu maddeler dispers faz ile dispersiyon ortamı arasında bir ara yüzey meydana getirerek kolloidal sistemin bozulmasını önler. Emülsiyon yapıcı böyle maddeler arasında; jelatin ve sabun tipinde maddeler sayılabilir. Sabunun temizleyici etkisi de kirdeki yağları emülsiyona çevrilmesi ile mümkün olmaktadır. Suda emülsiyon haline gelen yağ ve diğer kir maddeleri su ile yıkanınca kolayca uzaklaştırılmış olurlar. Sıvı içinde gaz dispersiyona uğramışsa bu köpük verir. Katı içinde katı dispersiyona uğramışsa katı sol (Al 2 O 3 ve krom içeren kıymetli taşlar) elde edilir. Katı içinde sıvı halinde katı emülsiyon (kuvartz, opal) söz konusudur. Katı içinde gaz dispersiyona uğramışsa katı köpükten (süngerimsi volkanik taşlar) söz edilir. Kolloidlerin Genel ve Optik Özellikleri Kaba bir dispersiyon karışımı basit bir süzgeçten geçirilirse taneciklerle sıvıyı birbirinden ayırmak mümkün olur. Kolloidal çözelti ise süzme ile ayrılamaz. Ancak özel filtreler kullanılırsa bu ayırma mümkün olur. Seramik maddelerden yapılan bu tür filtrelere ultra filtre denir. Kolloid süspansiyonlarda taneciklerin çok büyük olmasından dolayı difüzyon yok gibidir. Gerçek çözeltide ise bilindiği gibi iyonlar sürekli hareket halinde olup çözelti içinde bir yerden başka bir yere doğru belli bir hızla difüzlenirler. Kolloidal taneciklerin gözlenmesi ultramikroskop ya da elektron mikroskobu ile yapılır. 4 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

5 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Kolloid çözeltiler bazen gerçek bir çözelti gibi saydam görünebilir, bazen de saydam olmayan bulanık (opak) şekildedirler. Saydam olan kolloid bir çözelti, bir ışık demeti ile aydınlatılıp buna dik yönden gözlenirse bulanık görünür. Buna Tyndall olayı denir. Tyndall olayı sayesinde kolloid parçacıklarının görülebilmesi mümkündür. Homojen Karışımlar Fiziksel ve kimyasal bazı özelikleri bakımından benzer olan iki veya daha fazla madde birbirleriyle atomik boyutta (ölçülerde) karışarak homojen karışımları meydana getirirler. Meydana gelen bu karışımların fiziksel özellikleri bileşenlerin fiziksel özelliklerinin ortalamasıdır. Homojen karışımlar genelde çözelti olarak adlandırılır ve maddenin 3 hali göz önüne alınırsa, 9 türlü çözeltinin mümkün olabildiği görülür. Çözeltiler tek fazlı sistemlerdir ve karışım içersinde miktarca çok olan bileşene çözücü, az olana çözünen madde denir. Örneğin alkol ve suyun meydana getirdiği çözeltide su oranı fazla olduğunda, alkol suda çözünmüştür. Alkol oranı fazla ise, çözücü alkol çözünen madde sudur. Çözeltilerle İlgili Kavramlar Çözünürlük : Belli bir sıcaklıkta doymuş bir çözeltinin birim hacimde çözünmüş bulunan madde miktarıdır. Birimi g/ 1 ml veya mol/l olabilir. Doymuş Çözelti : Çözeltide belli bir sıcaklıkta çözünen maddenin limit miktarının çözülmesiyle elde edilen çözeltidir. Çökme : Bir kimyasal reaksiyon sonucunda çözünürlüğü az olan bileşiğin meydana gelmesi ile gerçekleşir. Pb(NO 3 ) 2 çözeltisine KI ilavesi Suya ilave edilen KI 5 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

6 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Çözeltilerle İlgili Kavramlar Kristalizasyon : Bir çözeltinin sıcaklığı artırılır ve bir miktar daha çözünen ilave edilirse, doymuş çözelti elde edilir. Soğutmayla, sonradan ilave edilen miktar, homojen çözelti ortamından ayrılarak katı faz oluşturur. Çözünürlük çarpımı : Belli bir sıcaklıkta doymuş bir çözeltide bulunan çözünmüş madde iyonlarının molar derişimlerinin çarpımıdır. Disosyasyon : İyonik yapılı bileşiklerin çözücü içerisinde iyonlarına ayrılması suretiyle çözünmesidir. Örneğin : AlCI 3 Al CI - Çözeltilerle İlgili Kavramlar Asosyasyon : Çözünen madde iyonlarının birleşerek tekrar molekülü oluşturmalarıdır. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + dengesinde sağ tarafa olan reaksiyon disosyasyon, sol tarafa olan ise asosyasyon olarak adlandırılır. Solvasyon : Çözünen madde iyonlarının çözücü molekülleri ile sarılmasıdır. Çözücü su olduğunda hidrasyon adını alır. Cu H 2 O Cu[(H 2 O) 4 ] +2 Raoult Kanunu Çözeltinin buhar basıncı, çözücünün mol kesri ile çözücünün saf buhar basıncı çarpımına eşittir. P = P. x P çözelti = çözeltinin buhar basıncı P çözücü = saf çözücünün buhar basıncı X çözücü = çözücünün mol kesri Raoult Kanunu P P. x P = P çözelti = Pçözünen + Pçözücü = P.(1 x P P = x P = P P = x çözelti çözünen P ) çözünen. çözücü P çözünen. çözücü x çözünen + x çözücü =1 6 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

7 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi C de 15 mol su içerisinde 1 mol glukoz çözünüyor. Bu sıcaklıkta saf suyun buhar basıncı mmhg olduğuna göre bileşenlerin mol kesirlerini ve çözeltinin buhar basıncını bulunuz. P = P. x P X g X Su = = = = = = C de 5 g suda 18.3 g NaCI ün çözülmesiyle hazırlanan çözeltinin buhar basıncı kaç mmhg dır? Saf çözücüye göre buhar basıncındaki düşme ne kadardır? Bu sıcaklıkta saf suyun buhar basıncı mmhg dır X 58.5 NaCI = = P = P. x 5 X 18 Su = = P = = mmhg P = Pçözücü Pçözelti = = 2. 57mmHg 25 C de Saf suyun buhar basıncındaki düşme 1.5 mmhg olması için 32 g suya kaç g sakkaroz eklenmelidir? Bu sıcaklıkta saf suyun buhar basıncı 23.8 mmhg dır. Sakkaroz un molekül ağırlığı ise 342 g/mol. P = P P = x çözelti P çözünen. çözücü m 1.5 = m m = 41 g 7 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

8 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Kaynama Noktası Yükselmesi Ebülyoskopi Diğer taraftan bir çözücüye, uçucu olmayan bir madde eklenmesi ile çözücü moleküllerinin kaçma eğiliminin daha küçük olmasına bağlı olarak, çözeltinin buhar basıncının düşmesi, çözeltilerin kaynama ve donma noktalarını etkiler. Uçucu olmayan bir çözünen etkisi ile buhar basıncı düşürülen çözelti, saf çözücünün normal kaynama noktasında kaynamaz ve çözeltinin buhar basıncını atmosferik basınca eşit yapabilmek için sıcaklığının çözücünün normal kaynama sıcaklığının üstüne çıkarılması gerekir. Burada T b, kaynama noktası yükselmesi, m çözelti molalitesi Kb, çözücünün molal kaynama noktası yükselmesi sabitidir. Kb'nin değeri çözücünün cinsine bağlı olup, çözünen maddeye bağlı değildir. Örneğin H 2 O için K b değeri,512 C/m iken benzen için 2,53 C/m, etil alkol için 1,22 C/m, karbon tetraklorür için 5,2 C/m, kloroform için 3,63 C/m'dir. T b = K b m Donma Noktasında Düşme Kriyoskopi Çözeltilerin donma noktaları saf çözücülerden daha düşüktür. Elektrolit olmayan seyreltik bir çözeltinin donma noktası alçalması çözünen maddenin konsantrasyonu ile doğru, çözünen maddenin mol tartısı ile ters orantılıdır Ebülyoskopi ve Kriyoskopi sabitleri T f, donma noktası alçalması, m çözelti molalitesi K f, çözücünün molal donma noktası alçalması sabitidir. 8 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

9 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Sulu çözeltilerin molal donma noktası düşmesi sabiti -1,86 C/m olduğuna göre, 1 gram suda 9 gram glikoz (C 6 H 12 O 6 ) çözülerek hazırlanan çözeltinin kaynama ve donma noktaları nedir? (Glikozun mol kütlesi, 18 g/mol'dür). Çözeltinin molalitesi 1 g suda çözünmüş glikozun mol sayısına eşittir. suyun normal donma noktası, C olduğundan çözeltinin donma noktası, C -,93 C = -,93 C bulunur. Suyun normal kaynama noktası 1 C'dır. Buna göre çözeltinin kaynama noktası; 1 +,256 = 1,256 C'dır. 5,12 gram elektrolit olmayan naftalin (C 1 H 8 ), 1 gram CCl 4 'de çözündüğünde çözeltinin kaynama noktası 2 C yükselmektedir. Buna göre CCl 4 'ün kaynama noktası sabiti kaçtır? (C: 12, H: 1) T b = K b m =. b k K b = 5 Mol kütlesi bilinmeyen bir maddenin 4 gramı 2 gram suda çözülüyor. Çözelti C da donuyor. Buna göre çözünen maddenin mol kütlesi nedir? = ( 1.86). M A.2 M A = 14.9 g/mol 9 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

10 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Soru? Otomobillerde kullanılan antifiriz etilen glikolün sudaki çözeltisidir. 25 C ye dayanabilen bir antifiriz yapmak istesek 1 kg suya ne kadar etilen glikol (C 2 H 6 O 2 ) katmamız gerekir. C : 12 H : 1 O : 16 Osmotik Basınç ve Osmoz Olayı Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış çözücü ve çözeltiden ibaret bir sistemde saf çözücü moleküllerinin çözeltiye geçmesine osmoz denir. Örneğin sulu şeker çözeltisi/su sisteminde su molekülleri yarı geçirgen zardan geçer ancak şeker molekülleri geçemez. Bu şekilde çözücü moleküllerinin saf çözücüden çözeltiye doğru yarı geçirgen zardan geçişini durdurmak için çözelti tarafından uygulanan basınca osmotik basınç denir. Kırmızı kan hücresinde çözünmüş bulunan taneciklerin derişimi yaklaşık olarak.3 M dır. Hücreler yarıgeçirgen bir zarla (membran) çevrilidir. 298 K de hücreler kan plazmasından uzaklaşıyorsa hücre içindeki osmotik basınç ne kadardır? Burada π Osmotik basınç c molar konsantrasyon R gaz sabiti T mutlak sıcaklıktır 1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27

11 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27 Osmoz Olayının Kullanımı 11 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 27