ÇÖZELTİ HAZIRLAMA İki veya daha çok maddenin çıplak gözle veya optik araçlarla yan yana fark edilememesi ve mekanik yollarla ayrılamaması sonucu oluşturdukları karışıma çözelti adı verilir. Anorganik kimyada, eğer ayrıca belirtilmemişse, çözelti denildiği zaman daima sulu (yani çözücüsü su olan) bir çözelti anlaşılır. Maddenin üç fiziksel halinin (katı, sıvı, gaz) birbiriyle belirli oranlarda karıştırılmasıyla çeşitli çözeltiler elde edilir. Yalnız her karışım bir çözelti değildir. Çözeltiden söz edebilmek için sıvının berrak ve tamamen saydam olması gerekir. Çözelti renkli olabilir. Fakat ışığı daima geçirirler, saydamdırlar, süzgeç kâğıdında bir kalıntı bırakmadan kolayca geçerler. Her maddenin bir çözücüde (örneğin, suda) belirli bir çözünme yeteneği vardır. Bütün maddeler bir çözücü ile çözelti meydana getirmezler. Örneğin tebeşir tozları su ile karıştırılırsa çözelti meydana gelmez, tozlar suda asılı halde kalır. Bu şekildeki heterojen karışımlara süspansiyon denir. Süspansiyon bir çözelti değildir. Bir çözelti, çözen (çözücü) ve çözünen olmak üzere en az iki ayrı madde ihtiva eder. Çözeltilerdeki dağılma ortamına çözücü veya çözen, dağılan maddeye de çözünen denir. Buna göre çözünen maddenin çözücü içinde dağılması olayına çözünme denir. Genellikle miktarı fazla olana çözücü, az olana da çözünen denir. Fakat bu her zaman doğru değildir örneğin 100 ml H 2 SO 4 ile 50 ml suyun karışımı da bir çözeltidir. Burada her ne kadar H 2 SO 4 miktar olarak çok olsa da bu karışımda esasen çözünen konumundadır. Bir çözeltinin ağırlığı çözen ve çözünenin ağırlıklarının toplamına eşittir.
Çözünürlük genellikle 100 gram çözücünün çözebildiği maddenin gram miktarı veya doymuş çözeltinin 100 ml sinde çözünmüş olarak bulunan maddenin gram miktarı (g/100 ml) olarak belirtilir. Çözünen madde miktarı az ise çözelti seyreltik çözelti, çok ise konsantre (derişik) çözelti adını alır. Çözücünün çözebileceğinden daha az madde içeren çözeltilere doymamış çözeltiler denir. Eğer madde çözünürlük sınırına kadar çözünmüş ise, böyle çözeltilere doymuş çözelti denir veya çözücünün belli hacminde ancak belli miktarda madde çözünebilir. Fazlası çözünmeden kalır. Hiçbir maddenin çözünürlüğü kesin olarak sıfır değildir; çözünebilen maddenin konsantrasyonu kimyasal metotlarla ölçülemeyecek kadar az ise bu maddeye çözünmez denir. Maddelerin çözünürlüğü çoğu durumda sıcaklığın artmasıyla artar ve azalmasıyla azalır.
ÇÖZELTİLERDE YÜZDELİK İFADELER Ağırlıkça yüzde (% w/w) Çözeltinin 100 biriminde çözünen madde miktarına denir ve % işareti ile gösterilir. Çözeltilerin % ifadeleri; ağırlıkça, hacimce ve hacim ağırlıkça olmak üzere toplam üç şekilde ifade edilir. Ağırlıkça yüzde, 100 g çözeltideki çözünen maddenin gram cinsinden miktarını verir. Örneğin ağırlıkça % 20 lik sodyumklorür çözeltisi dendiğinde, 100 gram sodyumklorür çözeltisinin içinde 20 g katı sodyumklorür var demektir. Yani çözelti ve çözünen miktarları ağırlık birimiyle ifade edilmelidir. Örnek 1: Ağırlıkça % 5 lik 500 g NaOH çözeltisini nasıl hazırlanır? Çözüm: Tanıma göre 100 gram çözelti içinde 5 gram katı NaOH bulunmaktadır. Çözeltinin toplam hacmi 500 g olduğuna göre 5 x 5 = 25 g NaOH gereklidir. O halde 500-25 = 475 gram çözücü ( yani su ) gereklidir. Suyun yoğunluğunu 1 g/ml olarak kabul edilirse 475 ml su alınır ve 25 g NaOH bu suda çözülür.
Hacimce yüzde (% v/v): 100 birim hacimdeki çözeltide çözünen hacimsel olarak maddeyi verir. Örneğin hacimce % 20 lik alkol çözeltisi demek, 100 ml alkol çözeltisinin içinde 20 ml saf alkol var demektir. Kısaca söylemek gerekirse çözelti ve çözünen miktarları hacim birimiyle ifade edilmelidir. Örnek 2: İçinde hacimce % 40 alkol bulunan 1,5 litre çözelti % 95 lik alkolden nasıl hazırlanır? Çözüm 2: Tanıma göre 100 ml alkol çözeltisinde 40 ml saf alkol bulunması istenilmektedir. O halde 1,5 litre için (1500x0,4=600) 600 ml saf alkol gereklidir. 600 ml saf alkol ise [100x600)/95=631.5] yaklaşık 632 ml demektir. Buna göre çözeltiyi hazırlayabilmek için 632 ml % 95 lik alkol alınır ve saf su ile 1,5 litreye tamamlanır.
Hacim ağırlıkça yüzde : 100 hacim biriminde çözünen ağırlıkça maddeyi verir. Örneğin hacim ağırlıkça %20 lik sodyumklorür çözeltisi demek 100 ml NaCl çözeltisinde 20 g NaCl var demektir. Burada çözeltinin miktarı hacim biriminden, çözünen maddenin miktarı ise ağırlık biriminden ifade edilmelidir. Örnek 3: Hacim-ağırlıkça % 10 luk 3 litre KCl çözeltisi nasıl hazırlanır? Çözüm 3 Tanıma göre çözeltinin her 100 ml sinde 10 g katı KCl bulunması gerekmektedir. O halde 3 litresinde 300 g katı KCl bulunmalıdır. Bu çözeltinin hazırlanması için 300 g katı KCl tartılır ve bir kaba alınır. Üzerine toplam hacim 3 litre olacak şekilde saf su eklenir. Çözeltilerde meydana gelen reaksiyonlar kütlelerin etkimesi kanunu (denge durumunda, bir kimyasal reaksiyon sonucu oluşan maddelerin konsantrasyonlarının çarpımının reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonları çarpımına oranı belirli bir sıcaklıkta sabittir) ile belirlidir. Bu reaksiyonlar arasında basit çökme, çözünme, redoks, redoksla birlikte çökme, hidroliz ve kompleks oluşması olaylarını sayabiliriz.
TEMEL KAVRAMLAR: Yoğunluk: Bir çözeltinin birim hacminin kütlesidir. Çözelti kütlesi hacme bölünerek bulunur ve kimyada genellikle g/ml birimi kullanılır. Çözeltiler çok derişik olmamak şartıyla konsantrasyonları yoğunluklarıyla ters orantılıdır. C 1. d 1 = C 2. d 2 bağıntısı vardır. Örnek: Bir NaCl çözeltisinin 0.3 litresinin kütlesi 312 gr dır. Bu çözeltinin yoğunluğunu bulunuz. Çözüm: d=m/v formülünde verilenler d= 312/300=1.04 g/ml bulunur. yerine yazılırsa:
Molarite: Bir litre çözelti içinde bir mol çözünmüş madde varsa, o çözeltinin konsantrasyonu 1 molardır. Bir bileşiğin ya da elementin 1 molü (veya bir molekül gramı) denilince, molekül ağırlığı kadar gram madde anlaşılır (1 mol su, 18 gram sudur). Normalite: Bir litre çözelti içinde bir eşdeğer gram çözünmüş madde varsa, o çözeltinin konsantrasyonu 1 normaldir Etkin değerlik (Tesir değerliği); _ Asit ve bazlarda çözeltiye verdiği H + veya OH - sayısına eşittir. _ Yükseltgen veya indirgenlerde verdiği veya aldığı elektron sayısına eşittir. _ Tuzlarda toplam pozitif veya negatif yük sayısına eşittir.
Molalite: Bir mol maddenin 1000 gram çözücü içinde çözünmesiyle elde edilen çözeltinin konsantrasyonu bir molaldir. Hacim Oranı: Hacimsel karışımı ifade eder. Örneğin (1+3) HCl demek, 1 hacim derişik HCl ile 3 hacim distile suyun karıştırılacağını belirtir.
Örnek 1) 500 ml 0.1 N lik NaOH çözeltisinin hazırlayınız: Çözüm 1 Basit olması açısından öncelikle, 500 ml değil de 1 litrelik çözelti için ne kadar NaOH gerekli olduğunu bulunur. Molaritenin tanımına göre 0,1 mol NaOH gereklidir. Hazırlanacak çözeltinin hacmi bunun yarısı olduğuna göre gerekli olan NaOH miktarı da öncekinin yarısı, yani (0,1*0,5) 0,05 mol olacaktır. Şimdi sıra 0,05 mol NaOH in kaç gram olduğunu bulmaya gelmiştir. 1 mol NaOH 40 g olduğuna göre 0,05 mol NaOH in (0,05x40) 2 g olduğu kolaylıkla hesaplanabilir. O halde yapılacak iş terazide 2 g NaOH tartıp 500 ml lik bir balon jojeye koymak ve az miktarda suda çözdükten sonra hacim çizgisine kadar saf su ile doldurmaktır. Örnek 2) 0,1N NaOH çözeltisinden 200 ml 0,004 N lik NaOH çözeltisi hazırlayınız Çözüm 2 N 1 *V 1 =N 2 *V 2 denkleminden; 0,1*V 1 =200*0,004 è buradan V 1 = 8 ml bulunur. Yani 8 ml 0,1 N lik NaOH alınır 200 ml ye tamamlanır.
Örnek 3) 1000 ml 0.2 N lik H 2 SO 4 çözeltisinin hazırlanması: (d=1,84 g/cm 3 ve %98 lik olsun) Asitlerin üzerine su dökülmesi tehlikeli olduğundan balon jojeye önce bir miktar distile su alınır ve bunun üzerine H 2 SO 4 yavaşça ilâve edilir ve daha sonra balon jojedeki çözelti distile su ile 1 L ye tamamlanır. Çözüm 3 Önce elimizdeki H 2 SO 4 ün normalitesini hesaplayalım. N=d*e*% / MA*V= 1840gr/L*0,98*2 / 98*1L= 36,8 N N 1 *V 1 = N 2 *V 2 è36,8*v 1 = 0,2*1000è V 1 = 5,5 ml alınıp 1000 ml ye tamamlanır. Örnek 4) Yukarıda hazırlanan çözeltiden 500 ml 0.02 N lik H 2 SO 4 hazırlayın: çözeltisi Çözüm 4 N 1 *V 1 = N 2 *V 2 formülü yardımı ile 0.2 N lik H 2 SO 4 çözeltisinden 50 ml alınır ve distile su ile 500 ml ye tamamlanır.
Örnek 5) 100 ml (1+1) lik H 2 SO 4 çözeltisinin hazırlanması Çözüm 5 50 ml H 2 SO 4 alınır. Distile su ile 100 ml ye tamamlanır. Örnek 6) Yoğunluğu 1,19 g/ml olan ve ağırlıkça %37 lik derişik HCl çözeltisinden 3 M 250 ml çözeltisi nasıl hazırlanır. Çözüm 6 Eğer 1 litrelik çözelti istenseydi 3 mol çözünen gerekecekti. Çözelti 250 ml yani 0,25 l olduğuna göre gerekli çözünen madde 0,250x3=0,75 mol dür. Bir mol HCl nin ağırlığı 36,5 g olduğuna göre 0,75 mol HCl 0,75x36,5=27,375 g dır. Asitin 100 gramından 37 gr saf HCl bulunduğuna göre 27,375 g saf HCl (100x27,375)/37= 73,986 g % 37 lik asit vardır. Asitin yoğunluğu 1,19 g/ml olduğuna göre 73,986 g asit (73,986/1,19)=62,173 ml dir. Çözeltinin hazırlanması için; 250 ml'lik ölçü kabına az miktarda saf su alınır. Üzerine 62.173 ml derişik HCl konur ve 250 ml ye, saf su ile tamamlanır. Örnek 7) 500 g 2,5 molal NaOH çözeltisi nasıl hazırlanır Çözüm 7 2,5 molal NaOH çözeltisi, 1 kg suda 2,5 mol (2,5x40 = l00 g) NaOH çözülmesiyle hazırlanmış çözeltidir. O halde bu çözeltinin son ağırlığı 1000+100 = 1100 g olmalıdır. Eğer 1100 g çözeltide 100 g NaOH bulunursa 500 g çözeltide (100 x 500)/1100 = 45,45 g NaOH bulunmaktadır. Demekki 45,45 g NaOH tartılır ve üzerine toplam ağırlık 500 g oluncaya kadar (454,55 ml) saf su eklenirse istenen çözelti hazırlanmış olur.
Çözeltilerin Karıştırılması Laboratuarlarda var olan çözeltileri değerlendirmek için, karıştırarak yeni çözelti hazırlamak ve bunları kullanmak sık başvurulan bir durumdur. Karıştırma var olan çözeltilerin birbiriyle karıştırılması olabileceği gibi seyreltilmesi veya deriştirilmesi şeklinde de olabilir. Örnek 8) 200 ml 0,2 M ve 300 ml 0,5 M NaOH çözeltilerinin karıştırılmasıyla elde edilen yeni çözeltinin molaritesi nedir? Çözüm 8
Çözeltilerin Deriştirilmesi Laboratuar çalışmaları sırasında bazı çözeltilerin elde hazır bulunanlarından daha derişiklerine ihtiyaç duyulabilir. Böyle durumlarda yeni bir çözelti hazırlamak yerine bu çözeltiyi deriştirerek kullanmak tercih edilir. Böylece madde israfı önlenmiş olur. Böyle bir deriştirme işlemi için şu yol izlenmelidir: - Eldeki hazır çözeltide ne kadar çözünen madde saf olarak vardır, hesaplanır. - Hazırlanması istenen çözelti için ne kadar maddeye ihtiyaç olduğu hesaplanır. - Hesaplanan kadar madde ya doğrudan tartılıp çözeltiye eklenir veya derişik asitler gibi bir sıvı kullanılması gerekiyorsa, yoğunluk ve yüzde değerleri yardımıyla kaç mililitre madde alınması gerektiği hesaplanarak çözeltiye eklenir. Örnek 9) 500 ml 0,1 M HCl çözeltisini 0,5 M yapmak için yoğunluğu 1,19 gr/cm 3 olan %37 lik derişik HCl den kaç ml eklemek gerekir. Çözüm 9 0,1 M 500 ml çözeltide, (500/1000)x0,1x36,5 = 1,825 g saf HCl vardır. Bu çözelti 0,5 M yapılmak istendiğine göre, 500 ml 0,5 M HCl çözeltisi için (500/1000)x0,5x36,5 = 9,125 g saf HCl ye ihtiyaç vardır. Bunun 1,825 gramı önceden mevcut olduğuna göre 9,125-1,825 = 7,3 g saf HCl daha çözeltiye eklenmelidir. Bu kadar asit için derişik asitten gerekli miktar: 7,3g / 1,19g/cm 3 / 0,37= 16,5 ml HCl eklenir.
Örnek 10) 0,1 M lık 100 ml NaCl çözeltisinin derişimini 0,2 M yapmak için ne kadar NaCl eklemek gerekir? Çözüm 10 0,1 mol/l x 0,1 l x 58,45 gr/mol = 0,5845 g NaCl eklenmesi gerekmektedir. Çünkü çözeltinin molaritesinin iki katına çıkarılması demek içindeki NaCl miktarının da iki katına çıkarılması demektir.