HAZIRLAYAN Mutlu ŞAHİN Hacettepe Fen Bilgisi Öğretmenliği DENEY NO: 1 DENEYİN ADI: ÇÖZELTİLER DENEYİN AMACI: FARKLI DERİŞİMLERDE ÇÖZELTİ HAZIRLAYABİLME TEORİK BİLGİ: Katı, sıvı ve gazların birbirleri içerisinde çözünerek oluşturdukları homojen karışımlara çözelti denir. Başka bir deyişle; Buhar basıncı eğrisinin 760 mm çizgisini kestiği sıcaklık, normal süblimleşme sıcaklığı olarak bilinir. Bir çözelti, belli sınırlar içinde, bileşimi sürekli olarak değiştirilebilen homojen bir maddedir. Gerçek bir çözeltiyi bir mekanik karışımdan ayıran homojen sözcüğüdür. Zira karışımlarda farklı bileşim ve özellikler gösteren makroskobik bölgeleri ayırt etmek mümkündür. Çözeltiler, çözücü ve çözünen olmak üzere iki kısımdan oluşur. Çözücü çözeltinin miktarca fazla olan ya da halini (katı-sıvı-gaz) belirleyen bileşenidir. Çözünen ise çözücüye göre daha az miktarda bulunan çözelti bileşenidir. Çözücüsü su olan çözeltilere sulu çözeltiler denir. ÇÖZELTİ TİPLERİ 1. Katı-katı çözeltiler: Alaşımlar örnek verilebilir. Altın içinde bakırın çözülmesi, metal para, tunç birer alaşımdır. 2. Katı-sıvı çözeltiler: Tuzlu su, şekerli su. 3. Sıvı-sıvı çözeltiler: Alkol-su karışımı 4. Gaz-sıvı çözeltiler: Amonyaklı su, 5. Gaz-gaz çözeltiler: Hava Çözeltiler içerdikleri çözünmüş madde miktarına göre üç şekilde sınıflandırılır. 1
1. Doymuş çözelti: Belli bir sıcaklıkta çözebildiği en fazla maddeyi çözmüş olan çözeltidir. 2. Doymamış çözelti: Çözebildiğinden daha az çözünen madde içeren çözeltidir. 3. Aşırı doymuş çözelti: Belli bir sıcaklıkta hazırlanan doymuş çözeltilerin sıcaklıkları değiştirildiğinde çökmesi gereken madde henüz bulunuyorsa aşırı doymuşluk vardır. Aşırı doymuş çözeltiler geçici olarak korunabilir. Çözeltileri, seyreltik ve derişik olarak da sınıflayabiliriz. 1. Seyreltik çözelti: Çözüneni az, çözücüsü çok olan çözeltilerdir. 2. Derişik çözelti: Çözünen madde ya da maddeleri daha çok miktarda içeren çözeltilerdir. Seyreltik ve derişik çözelti arasında bir sınır yoktur. Farklı çözeltileri karıştırabilmek için kullanılan bir ifadedir. Örneğin; bir şekerli çay, iki şekerli çaya göre seyreltiktir. İki şekerli çay bir şekerli çaya göre derişiktir. Çözeltilerin oluşması fiziksel bir olaydır. Çözünen ve çözücü kimyasal özelliklerini kaybetmeden birbiri içinde homojen dağılırlar. Çözünme olayı maddelerin iyonlaşarak ya da moleküler halinde birbiri içerisinde dağılmasıdır. 1. İyonlaşarak çözünme: İyonik yapılı maddeler ile bazı kovalent yapılı maddeler suda çözünürken (+) ve (-) yüklü iyonlar oluşturur. İyonlu çözeltilere elektriği ilettiği için elektrolit adı verilir. a)tuzların suda çözünmesi: (+) yüklü metal iyonları ve NH4+(amonyum)kökünün (-) yüklü ametal iyonları ve köklerle oluşturdukları bileşiklere tuz denir. Örnek: NaCl,NaNO3,CaCl2 v.s. NaCl(k)+ H2O NaNO3 +H2O Na+(aq) +Cl-(aq) Na+(aq)+NO3-(aq) b)bazların suda çözünmesi: Metal iyonlarının (OH)- iyonları ile yaptığı bileşikler suda çözündüklerinde (OH)- iyonları verdikleri için bazdırlar. Yapısında (OH)- iyonu bulundurmayan bazlarda vardır. Örnek:NH3,CH3NH2 gibi. NaOH(k)+H2O Na+ (aq) +OH-(aq) NH3(g) + H2O NH4+(aq) +OH-(aq) c)asitlerin suda çözünmesi: Suda çözündüklerinde yapısındaki H+ iyonunu suya veren ya da suyun yapısındaki H+ iyonlarını artıran maddeler asittir. HCl(g) + H2O H+(aq)+Cl-(aq) HNO3(s) +H2O d)oksitlerin suda çözünmesi: H+(aq) +NO3-(aq) 2
Metal oksitler suda çözünürken suyu iyonlaştırarak OH- iyonları verdiklerinden bazik oksitlerdir. Ametal oksitler ise suda çözünürken suyu iyonlaştırarak H+ iyonları verdiklerinden asidik oksitlerdir. Na2O (k)+h2o CO2 (g)+h2o 2Na+(aq)+2OH-(aq) (bazik çözelti) CO3-2(aq) +2H+(aq) (asidik çözelti) 2.Molekül halinde çözünme: Kovalent yapılı maddelerin birçoğu suda çözünmezler. Çözünebilenlerin çoğu moleküller halinde suda çözünürler.(+) ve (-)iyonlar içermediğinden çözelti elektriği iletmez. Organik maddelerden alkoller, şekerli maddeler suda moleküller halinde çözünürler. (Etil Alkol) C2H5OH (s) +H2O C2H5OH(aq) (Glikoz) C6H12O6(k) +H2O C6H12O6(aq) Çözeltileri asidik, bazik ve nötr olarak da sınıflandırmak mümkündür. 1. Asidik Çözeltiler: Suda çözündükleri zaman sudaki H+ iyonlarının derişimini artıran maddelere asit denir. Bu maddenin sulu çözeltilerine de asidik çözelti denir. Bazı maddeler yapılarındaki H+ iyonunu suya verirler, bazıları da suyu parçalayarak H+ iyonu verirler. HCl,HNO3 gibi asitler ile CO2,SO2 gibi ametal oksitlerin sulu çözeltileri asidiktir. 2.Bazik çözeltiler: Suda çözündükleri zaman, sudaki OH- iyonlarının derişimini artıran maddelere baz çözeltilerine de bazik çözelti denir. NaOH, KOH gibi metal hidroksitleri ile Na2O,K2O gibi metal oksitlerin sulu çözeltileri baziktir. 3.Nötr çözeltiler: Çözelti içinde H+ ve OH- iyonları derişimi saf sudaki H+ ve OH- iyonu derişimine eşit ise bu çözeltiler nötr çözeltilerdir. DERİŞİM(KONSANTRASYON) BİRİMLERİ Bir çözeltinin belli miktarını hazırlamak için çözünmüş bulunan madde miktarına o çözeltinin derişimi denir. Derişim; çözücü ve çözünenin miktarlarının birime bağlı olarak değişik şekillerde ifade edilebilir. 1. Kütlece yüzde derişim: 100g çözelti içinde çözünmüş bulunan maddenin kütlesine yüzde derişim denir. 2. Mol kesri ve mol yüzdesi: Buhar basıncı gibi bazı fiziksel özellikler ile çözelti derişimi arasındaki bağlantıları incelerken, bütün çözelti bileşenlerinin mol temeline dayalı bir birimle ifade edilmesine gereksinim duyarız. Bu durumda çözelti derişimini mol kesriyle ifade ederiz. Bir i bileşeninin mol kesri xi ile gösterilir ve i bileşenini oluşturan moleküllerin, çözeltideki toplam moleküllere oranını belirtir. 3. Bir çözeltideki mol kesirleri toplamı daima 1 dir.bir çözelti bileşeninin mol kesri şöyle formüllendirilebilir: i bileşeninin miktarı (mol) X= ---------------------------------------------------------------------------------------------- çözeltideki tüm bileşenlerin miktarı(mol) xi+xj+..=1 3
Çözelti derişimleri mol yüzdesi şeklinde de verilebilir.mol yüzdesi, bileşenlerden birinin molekül sayısının toplam molekül sayısına bölünüp, sonra 100 ile çarpılmasıyla bulunur.yani mol kesri 1000 ile çarpılırsa mol yüzdesi elde edilir. 3. Molarite: Bir çözeltinin litresinde çözünen maddenin mol sayısıdır.(1 molar şeker çözeltisi denildiğinde 1 litre çözeltide 1 mol şeker çözündüğü anlaşılır.) M ile gösterilir. Molarite:mol sayısı/çözeltinin hacmi(litre) M =n/v. 1 lt Mol Sayısı=kütle/mol kütlesi olduğundan, çözünen madde gram olarak verilirse mol sayısı(n) yerine n=m/ma eşitliği yazılarak; M =m/ma eşitliği yazılabilir. Molarite laboratuar çalışmalarında çok kullanılan bir konsantrasyon birimidir. İstenen molaritedeki sulu çözeltiler, küçük miktarlardaki çözünen maddeyi tartıp, çözeltinin hacmini ayarlanmış kaplarda ölçmek suretiyle kolayca hazırlanabilir. NOT: Bir çözeltinin hacmi sıcaklığa bağlı olduğundan, molarite birimi ile ifade edilen konsantrasyon da sıcaklığa bağlı olur. Molalite de bu yoktur. 4. Molalite: Bir çözeltinin molalitesi, 1000 gram çözücüde çözünmüş maddenin mol sayısı olarak tanımlanır. m ile gösterilir. m=n/v.1000 m= (T2 T1) /Kd (T2 T1) Donma noktası alçalması Kd Donma noktası alçalma sabiti Molalite, özellikle bir çözeltinin donma ve kaynama noktaları ile ilgili hesaplarda kullanılan bir birimdir. Fakat sıvı çözücüleri tartmak zor olduğundan, molalite laboratuar çalışmalarında fazla kullanılmaz. Molalite, sıcaklıktan bağımsız ve aynı zamanda mol kesri ile orantılı olan bir derişim birimidir ve çözünenin mol sayısının çözücünün (çözeltinin değil) kg cinsinden miktarına bölünmesiyle elde edilir. Molalite =çözünenin mol sayısı/çözücünün kütlesi(kg) 5. Normalite: Bir çözeltinin litresinde çözünen maddenin eşdeğer gram sayısıdır. Eşdeğer gram sayısı, çözünen maddenin kütlesinin eşdeğer gramına bölümüdür. 1 eşdeğer gram =molekül kütlesi/tesir değerliği Normalite(N)=m.T/mA.V N=M.T T ile ifade edilen tesir değerliği, asit ve bazlarda H+ ve OH- sayısı, tuzlarda toplam (+) yük sayısıdır. 5. Formalite: Bir çözeltinin formalitesi, 1 litre çözeltide bulunan formül gram sayısıdır. F ile gösterilir. 4
En çok iyonik maddelerin konsantrasyonu formalite birimi olarak gösterilir. Ama genelde bu birimden kaçılır. Örneğin, litresinde 58,5 g NaCl bulunduran çözelti, içinde NaCl molekülleri bulunmamasına rağmen 1 M NaCl olarak gösterilecektir. Molarite ile formalite özdeş sayılır. Hidroklorik asit: Kimyasal deneylerde kullanılır. 1 litrelik renkli cam şişelerde bulunur. Kimyasal formülü: HCl Mol ağırlığı: 36,46 g/ mol Özgül ağırlığı: 1,19 g / cm3 a.yakıcıdır. b.dumanları nefes yollarını tahriş eder. Güvenlik önlemleri: a.çocukların ulaşamayacağı yerlerde muhafaza edilmelidir. b.gözlere ve cilde temas ettiğinde bol su ile yıkanmalıdır. KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER Derişik Asit, Baz ya da Tuz Çözeltilerinden İstenen Derişimde Çözelti Hazırlama Kimyada çok kullanılan bir çok asit ve baz (örneğin; HCl, H2SO4, HNO3, CH3COOH, NH3) piyasada derişik sulu çözeltileri halinde satılmaktadır. Normalite ile hacmin çarpımı eşdeğer gram sayısını verir. Normalite problemlerinde genel olarak; N x V =Eşdeğer gram sayısı = 0,7N 250 ml HCl çözeltisi hazırlama m ------- dir. MA ------ Ts 5
HCl çözeltisi (%37, d=1,19g/ml ) ticari olarak satılmaktadır. Bunlara stok çözeltisi adı verilmektedir. 0,7 N 250 ml HCl çözeltisi hazırlayabilmek için stok çözeltinin derişimi hesaplanır ve bu çözeltiden hacimce ne kadar kullanılması gerektiği bulunur. Belirlenen miktarda HCl çözeltisini pipet yardımıyla alınır ve 100 ml lik su üzerine dikkatlice dökülür. Oluşan çözeltiyi 250 ml lik balon jojeye aktarılır ve hacmi ayar noktası dikkate alınarak 250ml ye tamamlanır. 250 ml ŞEKİL 1 ŞEKİL 2 ŞEKİL 3 ŞEKİL 4 DENEYİN SONUCU Şimdi bizden istenen nedir? %37 lik 0,7 N 250 ml HCl d =1,19 gr/ml oluşturacağız. HCl çözeltisinden HCl (g) + H2O H+ (aq) +Cl-(aq) 6
H+ nin katsayısı 1 olduğundan Ts =1 dir. m N x V =Eşdeğer gram sayısı = ------- MA ------ Ts 1 ml çözelti 1,19 gram 1 lt çözelti x ------------------------------------------------------------------- x = 1190 gram mhcl =1190 x37/100 MA HCl=36,46 gram 1190x37 N x V =Eşdeğer gram sayısı = ------------- dır. 100x36,46 -------------- 1 N1 x V1 = N2 x V2 eşitliğinden 1190x37 ------------- x V1 = 0,7 x0,25 100x36,46 V1 =0,015 lt=15 ml olur. Vsu = 250 15 = 235 ml bulunur. YORUM Derişimi bilinen, yani ayarlı çözelti hazırlamak için hangi miktarlarda ve ne kadar hacimde madde kullanmamız gerektiğini yaptığımız hesaplamalar sonucunda bulduk. Yoğunluktan yararlanarak, 1lt çözeltideki madde miktarını bulduk. Daha sonrada %37 lik HCl çözeltisindeki madde miktarını hesapladık. Bundan sonrada eşdeğer gram sayısını N1 x V1 = N2 x V2 eşitliğinden kullanılması gereken maddenin hacmini hesapladık. En sonunda ise toplam hacimden çıkardık ve Vsu yu bulduk. Normalite hesaplamalarında dikkat edeceğimiz bir başka önemli nokta ise sıvı düzeyini istenilen yüksekliğe kadar doldururken çok titizlikle bu işlemi yapmaktır. KAYNAKÇA: 1. Fen Bilgisi Laboratuarı Deney Kılavuzu Kimya Deneyleri (Dr. Sinan Erten, Araş. Gör. Pınar Özdemir, Dr. Cemil Aydoğdu, Araş. Gör. Serkan Yılmaz ) 2. Modern Üniversite Kimyası (C.E. MORTİMER) 3. ÖSS ÖYS Kimya (Zafer Yayınları) 7