Çözünürlük ve Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler

Çözünürlük ve Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler Yazar Yrd. Doç. Dr. Nevin KANIŞKAN ÜNİTE 12 Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; çözünürlük çarpımı kavramını öğrenecek, molar çözünürlük ve çözünürlük kavramlarını bilecek ve çözünürlük problemlerini çözebilecek, çözünürlüğü etkileyen faktörleri bilecek ve ilgili problemleri çözebilecek çökme ve çözünürlük çarpımı arasındaki ilişkiyi bileceksiniz. İçindekiler Giriş 223 Çözünürlük Çarpımı 224 Molar Çözünürlük ve Çözünürlük 226 Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler 229 Çözünürlük Çarpımı ve Çökme 237 Özet 239 Değerlendirme Soruları 240 Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar 242

Çalışma Önerileri Bu üniteyi çalışmadan önce Kimyasal Denge Konusunu gözden geçiriniz. Verilen örnekler üzerinde dikkatle durunuz ve verilen soruları çözünüz. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 223 1. Giriş Ünite 11'de; bir maddenin başka bir madde (çözücü) içinde homojen olarak dağılması çözünme olarak tanımlanmış ve herhangi bir sıcaklıkta belirli bir hacimdeki çözücü içersinde belirli miktar madde çözündüğü belirtilmiş ve doymuş çözeltide çözünen madde miktarı o maddenin o çözücüdeki çözünürlüğü olarak ifade edilmişti. İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüklerine ilişkin "çözünen" ve "çözünmeyen" şeklinde kesin bir ayırımın yapılması çok güç olmakla beraber, bazı genel çözünürlük kuralları belirtilmiştir. İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüklerine yönelik bu kurallar aşağıdaki gibi özetlenebilirler: Bütün amonyum bileşikleri çözünürler. Alkali metal (Grup IA) bileşikleri çözünürler. Klorür (Cl - ), bromür (Br - ) ve iyodür (I - ) bileşikleri çözünürler, ancak bunların Ag +,Hg 2 +2 ve Pb +2 ile yaptıkları bileşikler çözünmezler. Nitrat (NO 3 - ), asetat (CH 3 OO - ), klorat (ClO 3 - ) ve perklorat (ClO4 - ) bileşikleri çözünürler. Sülfat (SO 4-2 ) bileşiklerinin çoğu çözünür. Ancak kalsiyum sülfat (CaSO 4 ) ve gümüş sülfat (Ag 2 SO 4 ) az çözünür, baryum sülfat (BaSO 4 ), civa (II) sülfat (HgSO 4 ) ve kurşun sülfat (PbSO 4 ) çözünmezler. Karbonat (CO 3-2 ), kromat (CrO 4-2 ), oksalat (C 2 O 4-2 ) ve fosfat (PO 4-3 ) bileşikleri çözünmezler; ancak I. Grup elementleri ve NH 4 + ile yaptıkları bileşikler çözünürler. Sülfürler (S -2 ) I ve II. Grup elementleri ve NH 4 + ile yaptıkları bileşikler hariç çözünmezler. Hidroksitler (OH - ) ve oksitler (O 2 - ), I. Grup ve II. Grup elementleri ile yaptıkları bileşikler hariç çözünmezler. Ca(OH) 2 ve Sr(OH) 2 kısmen çözünür, Mg(OH) 2 çok az çözünür. Bu çözünürlük kuralları çok faydalı olmasına rağmen, verilen bir iyonik bileşiğin suda ne kadar çözüneceği hakkında kantitatif bilgi vermez. Ayrıca bu ünitede verilecek gerekli hesaplamalardan da görüleceği gibi suda çözünmez olarak bilinen bileşikler çok az da olsa çözünürler. Çözünürlüğü olmayan veya çok az olan bileşiğin sulu çözeltisinde; zamanla katı fazdan sıvı faza geçen iyonların çözünme hızı, doymuş çözeltideki iyonların çökme hızına eşit olduğu bir denge söz konusudur. Bu ünitede, az çözünen ve katı fazı oluşturan bileşiğin sıvı fazında bulunan ve yapısında yer alan iyonlarla oluşturduğu denge ve çözünürlük arasındaki ilişkiler ele alınacaktır, ardından çözünürlüğe etki eden faktörler görülecektir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

224 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 2. Çözünürlük Çarpımı Çözünürlük kurallarına göre, PbCl 2 ve AgCl her ikisi de çözünmeyen tuzlardır. Pb +2 ve Ag + iyonlarını içeren sulu çözeltiye klorür iyonları eklendiğinde, PbCl 2 oluşmadan gümüş iyonlarının hemen hemen hepsi AgCl olarak çöker. Bunun nedeni AgCl'ün, PbCl 2 'den çok daha az çözünmesidir. Çözünürlükteki bu tür farklılıkları açıklamak üzere çözünürlük dengesi üzerinde durmak gerekir. Az çözünen ve katı fazı oluşturan bir bileşik ile çözeltideki iyonları arasında bir denge vardır. Örneğin, katı gümüş klorür ile temasta olan gümüş klorür çözeltisi arasındaki denge, Bir çözelti çözünmemiş katı içeriyorsa "doymuş çözelti" olarak adlandırılır. AgCl (k) Ag + (sulu) + Cl - (sulu) olarak yazılır. Bunun anlamı, birim zamanda ne kadar katı AgCl iyonlaşarak çözeltiye Ag + ve Cl - iyonları verirse, sıvı fazdaki o kadar Ag + ve Cl - birleşerek katı faza geçmektedir. Buradaki denge heterojen bir denge olup, denge ile ilgili prensipler burada da geçerlidir. Buna göre bu dengenin denge sabiti, aşağıdaki gibidir. K = Ag+ Cl - AgCl (k) Saf katının dengedeki konsantrasyonu değişmediğinden sabit bir sayı olması gerektiğini denge konusundan biliyoruz. O halde denge sabiti ifadesinde yer alan [AgCl (k)] terimi de bir sabittir ve yukarıdaki ifade, aşağıdaki gibi yazılabilir. K [AgCl (k)] = [Ag + ] [Cl - ] K çç = [Ag + ] [Cl - ] Buradaki yeni sabit "çözünürlük çarpımı sabiti, (K çç ) " olarak adlandırılır ve [Ag + ] [Cl - ] çarpımına da iyonlar çarpımı denir. Çözünürlük çarpımı sabiti veya kısaca çözünürlük çarpımı, bir katının doymuş çözeltisindeki iyonlarının molar derişimleri çarpımıdır. Çözünürlük çarpımı sabiti (K çç ) deneysel olarak az çözünen tuzlar üzerindeki ölçmelerden saptanmıştır ve suda az çözünen tuzlar söz konusu olduğunda uygulanır. NaOH, NaCl, KNO 3 gibi orta dereceli ya da çok çözünen bileşikler için de K çç değerleri yazılabilir. Ancak bu tür bileşiklerde iyon derişimi yerine iyon etkinlikleri yazılması gerekir. Çünkü orta ya da yüksek derişimlerde etkinlik ile derişim birbirine eşit değildir. Molarite yerine etkinlik kullanıldığı durumda çözünürlük çarpımı kavramı karmaşıklaşır. Dolayısıyla K çç değeri yukarıda da belirtildiği gibi az çözünen (hemen hemen çözünmeyen) bileşikler için molariteler kullanılarak saptanır. Tüm denge sabitleri gibi K çç de çözünen bileşiğin türüne ve sıcaklığa bağlıdır. Katıların sıvılarda çözünmesi endotermik olduğundan, sıcaklık arttığında katının sudaki çözünürlüğü de artar ve K çç değeri büyür. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 225 Tablo 12.1'de bazı bileşiklerin çözünürlük dengeleri ve K çç değerleri verilmiştir. Tablo 12.1: Bazı Bileşiklerin Çözünürlük Çarpımı Sabitleri (25 C da) Bileşik Formül K çç Aluminyum hidroksit Al(OH) 3 1.8 x 10-33 Baryum Karbonat BaCO 3 8.1 x 10-9 Baryum florür BaF 2 1.7 x 10-6 Baryum sülfat BaSO 4 1.1 x 10-10 Bizmit sülfür Bi 2 S 3 1.6 x 10-72 Kadmiyum sülfür CdS 8.0 x 10-28 Kalsiyum karbonat CaCO3 8.7 x 10-9 Kalsiyum florür CaF 2 4.0 x 10-11 Kalsiyum hidroksit Ca(OH) 2 8.0 x 10-6 Kalsiyum fosfat Ca 3 (PO 4 ) 2 1.2 x 10-26 Krom (III) hidroksit Cr(OH) 3 3.0 x 10-29 Kobalt (II) sülfür CoS 4.0 x 10-21 Bakır (I) bromür CuBr 4.2 x 10-8 Bakır (I) iyodür CuI 5.1 x 10-12 Bakır (II) hidroksit Cu(OH) 2 2.2 x 10-20 Bakır (II) sülfür CuS 6.0 x 10-37 Demir (II) hidroksit Fe(OH) 2 1.6 x 10-14 Demir (III) hidroksit Fe(OH) 3 1.1 x 10-36 Demir (II) sülfür FeS 6.0 x 10-19 Kurşun (II) karbonat PbCO 3 3.3 x 10-14 Kurşun (II) klorür PbCl 2 2.4 x 10-4 Kurşun (II) kromat PbCrO 4 2.0 x 10-14 Kurşun (II) florür PbF 2 4.1 x 10-8 Kurşun (II) iyodür PbI 2 1.4 x 10-8 Kurşun (II) sülfür PbS 3.4 x 10-28 Magnezyum karbonat MgCO 3 4.0 x 10-5 Magnezyum hidroksit Mg(OH) 2 1.2 x 10-11 Mangan (II) sülfür MnS 3.0 x 10-14 Civa (I) klorür Hg 2 Cl 2 3.5 x 10-18 Civa (II) sülfür HgS 4.0 x 10-54 Nikel (II) sülfür NiS 1.4 x 10-24 Gümüş bromür AgBr 7.7 x 10-13 Gümüş karbonat Ag 2 CO 3 8.1 x 10-12 Gümüş klorür AgCl 1.6 x 10-10 Gümüş iyodür AgI 8.3 x 10-17 Gümüş sülfat Ag 2 SO 4 1.4 x 10-5 Gümüş sülfür Ag 2 S 6.0 x 10-51 Stronsiyum karbonat SrCO 3 1.6 x 10-9 Stronsiyum sülfat SrSO 4 3.8 x 10-7 Kalay (II) sülfür SnS 1.0 x 10-26 Çinko hidroksit Zn(OH) 2 1.8 x 10-14 Çinko sülfür ZnS 3.0 x 10-23 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

226 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Çözümlü Soru 1 Hg 2 Cl 2, Ag 2 CO 3, Ca 3 (PO 4 ) 2 bileşikleri için çözünürlük çarpımı sabiti ifadelerini yazınız. Önce çözünürlük dengesi yazılır. K çç ifadesi yazılırken çözünürlük denge reaksiyonundaki iyonların katsayıları ilgili iyonlara "üs" olarak yazılır. Hg 2 Cl 2 (k) Hg 2 +2 (sulu) + 2Cl - (sulu) Kçç = [Hg 2 +2 ] [Cl - ] 2 Ag 2 CO 3 (k) 2Ag + (sulu) + CO 3-2 (sulu) Kçç = [Ag + ] 2 [CO 3-2 ] Ca 3 (PO 4 ) 2 3Ca +2 (sulu)+ 2PO 4-3 (sulu) Kçç = [Ca +2 ] 3 [PO 4-3 ] 2 3. Molar Çözünürlük ve Çözünürlük Bir bileşiğin çözünürlüğü, molar çözünürlük ve çözünürlük terimleri ile kantitatif olarak belirtilebilir: Molar çözünürlük, bir litre doymuş çözeltide çözünenin mol sayısıdır. Çözünürlük ise bir litre doymuş çözeltide çözünenin gram miktarıdır. Aşağıdaki Çözümlü Soru 2 ve 3'de, molar çözünürlük ve çözünürlük verilerini kullanarak K çç değerlerinin nasıl hesaplanacağı verilmiştir. Bu tür problemlerin çözümünde aşağıda verilen basamaklar izlenir. Bil eşiğin Çözünürlüğü Bileşiğ in Molar Çözünürlüğü Katyon ve Anyonların De rişimle ri Bil eşiğin K ÇÇ De ğeri Çözümlü Soru 2 Gümüş sülfat'ın molar çözünürlüğü 1,5 x 10-2 mol/ L' dir. Bu tuzun K çç değerini hesaplayınız. Öncelikle çözünürlük dengesi denklemi yazılır: Ag 2 SO 4 (k) 2Ag + (sulu) + SO 4-2 (sulu) Bu denkleme göre 1 mol Ag 2 SO 4 'tan, çözeltide 2 mol Ag + ve 1 mol SO 4-2 oluşur. 1,5 x 10-2 mol Ag 2 SO 4, 1 L çözeltide çözündüğünde,derişimler ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

. ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 227 [Ag + ] = 2 (1,5 x 10-2 M) = 3,0 x 10-2 M [SO 4-2 ] = 1,5 x 10-2 M olur. Bu durumda çözünürlük çarpımı sabiti Kçç = [Ag + ] 2 [SO 4-2 ] = ( 3,0 x 10-2 ) 2 ( 1,5 x 10-2 ) = 1,4 x 10-5 olarak bulunur. Çözümlü Soru 3 Kalsiyum sülfat'ın deneysel olarak bulunan çözünürlüğü 0.67 g/l' dir. Bu tuz için K çç değerini hesaplayınız. Önce bir litre çözeltide çözünen CaSO 4 'ın mol sayısı bulunur. 0,67 g CaSO 4 1 L çözelti x mol CaSO 4 136,2 g CaSO 4 = 4,9 x 10-3 mol/l Çözünürlük dengesi: CaSO 4 (k) Ca +2 (sulu) + SO 4-2 (sulu) Bu denkleme göre 1 mol CaSO 4 'ten 1 mol Ca +2 ve 1 mol SO 4-2 oluşur. Dolayısıyla dengede [Ca +2 ] = 4,9 x 10-3 M ve [SO 4-2 ] = 4,9 x 10-3 M olur. Buna göre, çözünürlük çarpımı sabiti, K çç = [Ca +2 ] [SO 4-2 ] = ( 4,9 x 10-3 ) (4,9 x 10-3 ) = 2,4 x 10-5 olarak bulunur. Çözümlü soru 4 ve 5 'de K çç değerinden, molar çözünürlük ve çözünürlüğün nasıl hesaplanacağı verilmiştir. Bu tür problemlerin çözümünde aşağıda verilen basamaklar izlenir: Bileşiğin K ÇÇ Değeri Katyon ve Anyonların Derişimleri Bileşiğin Molar Çözünürlüğü Bileşiğin Çözünürlüğü AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

228 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Çözümlü Soru 4 Bakır (I) iyodür'ün K çç değeri 5,1 x 10-12 dir. Bu tuzun molar çözünürlüğünü hesaplayınız (Bir litre çözeltide çözünen CuI 'ün mol sayısını bulunuz). Önce çözünürlük dengesi ve derişimdeki değişmeler belirtilir: CuI (k) Cu + (sulu) + I - (sulu) Başlangıçta : 0.00 M 0.00 M Değişme : + sm + sm Dengede : s M s M Burada her bir mol CuI için çözeltide 1 mol Cu + ve 1 mol I - oluşmaktadır. Bir litre doymuş çözeltide çözünen CuI miktarı mol olarak s ile gösterildiğinde, çözeltideki [Cu + ] ve [I - ] konsantrasyonu s 'e eşit olur. Buna göre K çç = Cu + I - 5,1 x 10-12 = (s) (s) s = 5,1 x 10-12 = 2,3 x 10-6 M olarak bulunur. Dengede Cu + ve I - derişimleri [Cu + ] = 2,3 x 10-6 M ve [I - ] = 2,3 x 10-6 M olur. CuI 'ün molar çözünürlüğü = s = 2,3 x 10-6 M ' dır. Çözümlü Soru 5 Kalsiyum fosfat'ın K çç değeri 1, 2 x 10-26 dır. Bu tuzun çözünürlüğünü g/l olarak hesaplayınız. Önce çözünürlük dengesi, derişimdeki değişmeler belirtilir ve molar çözünürlük hesaplanır. Ca 3 (PO 4 ) 2 (k) 3Ca +2 (sulu) + 2PO 4-2 (sulu) Başlangıçta : 0,00 M 0,00 M Değişme : + 3 s + 2s Dengede : 3 s M 2 s M ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 229 K çç = Ca +2 3 PO 4-3 2 1,2 x 10-26 = (3s) 3 (2s) 2 s 5 1,2 x 10-26 = = 1,1 x 10-28 108 s = 2,6 x 10-6 M s = Ca 3 (PO 4 ) 2 'ın molar çözünürlüğü = 2,6 x 10-6 M Ca 3 (PO 4 ) 2 'ın molar kütlesi 310,2 g olduğuna göre, molar çözünürlüğü kullanarak, g/l cinsinden çözünürlük aşağıdaki gibi hesaplanır: Ca 3 PO 42 ' ın çözünürlüğü= 2,6 x 10-6 mol Ca 3 PO 42 1 L çözelti 310,2 g PO x 42 1 mol Ca 3 PO 42 = 8,1 x 10-4 g/l 4. Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler Çözünürlük, az çözünen bir madde ile doymuş bir çözeltisindeki iyonları arasında oluşan heterojen bir denge ile ilgili olduğuna göre, bu dengeye dışarıdan bir etki yapıldığında Le Chatelier ilkesi gereğince denge bu etkiyi azaltıcı yönde bir tepki gösterecektir ve dolayısıyla çözünürlüğe etki edecektir. Çözünürlük dengesine ve dolayısıyla çözünürlüğü etkileyen faktörler olarak bu bölümde; ortak iyon etkisi, yabancı iyon etkisi, hidrojen iyon derişiminin (ph) etkisi, kompleksleşmenin etkisi ele alınacaktır. 4.1. Ortak İyon Etkisi ve Çözünürlük Ortak İyon Etkisi, bir iyonik çökeleğin iyonlarından biri, katının doygun çözeltisine ilave edildiğinde, katının çözünürlüğünde gözlenen azalmadır. Buna örnek olarak AgCl 'ün doygun çözeltisine eklenen AgNO 3 ve NaCl gibi maddelerin iyonları gösterilebilir. Bu iyonlar ortak iyon adını alırlar ve ortak iyon etkisi'ne yol açarlar. Bu etki aşağıdaki Çözümlü Soru 6'da gösterilmiştir. Çözümlü Soru 6 Gümüş klorür'ün 6,5 x 10-3 M gümüş nitrat çözeltisindeki çözünürlüğünü (g/l) olarak hesaplayınız. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

230 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER AgNO 3 kuvvetli elektrolit olduğundan tamamen iyonlarına ayrışır: Ag NO 3 (k) H 2 O Ag + (sulu) + NO 3 - (sulu) 6,5 x 10-3 M 6,5 x 10-3 M Ag NO 3 içersindeki AgCl 'ün molar çözünürlüğünü "s " ile gösterelim ve derişimlerdeki değişmeleri aşağıdaki şekilde belirtelim: AgCl (k) Ag + (sulu) + Cl - (sulu) Başlangıçta : 6,5 x 10-3 M 0,0 M Değişme : + s M + s M Dengede : (6,5 x 10-3 + s) s M K çç = [Ag + ] [Cl - ] 1,6 x 10-10 = (6,5 x 10-3 + s) (s) AgCl 'ün çözünürlüğünün oldukça düşük olması ve AgNO 3 'ten gelen Ag + iyonlarının da çözünürlüğü daha da azaltacağı göz önünde bulundurulursa, s << 6,5 x 10-3 olduğu kabul edilebilir ve yaklaşımı yapılabilir. Bu durumda molar çözünürlük (s), 6,5 x 10-3 + s 6,5 x 10-3 1,6 x 10-10 = 6,5 x 10-3 (s) s = 2,5 x 10-8 M olarak hesaplanır ve buna dayanarak dengedeki klorür ile gümüş iyonlarının miktarı (derişim) saptanır. [Ag + ] = (6,5 x 10-3 + 2,5 x 10-8 ) M 6,5 x 10-3 M [Cl - ] = 2,5 x 10-8 M Görüldüğü gibi 6,5 x 10-3 yanında s = 2,5 x 10-8 çok küçüktür ve yapılan ihmal sonucu pek etkilenmez. AgCl'ün molar kütlesi 143,4 g olduğuna göre, AgCl'ün (g/l) cinsinden çözünürlüğü aşağıdaki gibi hesaplanır: ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 231 AgNO 3 çözeltisinde AgCl'ün çözünürlüğü= 2,5 x 10-8 mol AgCl 143,4 g AgCl x 1 L çözelti 1 mol AgCl = 3,6 x 10-6 g/l Bulunan bu sonucu karşılaştırmak üzere AgCl'ün saf sudaki çözünürlüğünü hesaplayalım: K çç = [Ag + ] [Cl - ] = 1,6 x 10-10 Buradan [Ag + ] = [Cl - ] = 1,3 x 10-5 bulunur. AgCl'ün (g/l) olarak çözünürlüğü aşağıdaki gibi hesaplanır: AgCl'ün sudaki çözünürlüğü= 1,3 x 10-5 mol AgCl 143,4 g AgCl x 1 L çözelti 1 mol AgCl = 1,9 x 10-3 g/l Bulunan değerlerden de anlaşılacağı gibi, AgCl'ün 6,5 x 10-3 M Ag + içeren bir ortamdaki çözünürlüğü (3,6 x 10-6 g/l), saf sudaki çözünürlüğünden (1,9 x 10-3 g/l) çok daha az olduğu görülmektedir. Çözümlü Soru 7 0,050 M sodyum iyodür çözeltisinde, kurşun (II) iyodür'ün molar çözünürlüğünü hesaplayınız. s = 5,6 x 10-6 M 4.2. Yabancı İyon Etkisi Çözünürlük dengesinde yer almayan iyonlar, örneğin AgCl'ün doymuş çözeltisine katılan NaNO 3, KNO 3 gibi maddelerin iyonları "yabancı iyon" durumundadırlar. Ancak yabancı iyonların etkisi, ortak-iyonların etkisi kadar önemli değildir. Yabancı-iyon etkisine çoğu zaman "tuz etkisi "de denilmektedir. Bu iyonlar, çözeltinin toplam iyon derişimi artırırlar ve bu durumda da iyonlar arası çekimler önem kazanırlar ve etkin derişim, ölçülen derişimden küçük olur. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

232 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Buna göre yabancı-iyon içeren çözeltilerde, az çözünen bileşiğin çözünürlüğü artar (Konunun gerekli hesaplamalarla birlikte açıklaması, Analitik Kimya bilgisi gerektirdiğinden burada örnek problem çözümü verilmemiştir). 4.3. Hidrojen İyonu Derişiminin Etkisi ve Çözünürlük Pek çok maddenin çözünürlüğü, çözeltinin hidrojen iyonu derişimine, diğer bir deyişle ph'ına göre değişir. Örneğin magnezyum hidroksit'in çözünürlük dengesi, Mg(OH) 2 (k) Mg +2 (sulu) + 2 OH - (sulu) şeklindedir. Ortama OH - iyonları eklendiğinde (ph artar) denge, Le Chatelier İlkesine göre sağdan sola kayar ve Mg(OH) 2 'in çözünürlüğü azalır. Diğer taraftan ortama H + iyonları eklendiğinde (ph azalır), OH - (sulu) + H + (sulu) H 2 O OH - iyonları ile H 3 O + iyonları reaksiyona girmeleri nedeniyle OH - iyonları azalır. Bu durumda denge soldan sağa kayar ve Mg(OH) 2 'in çözünürlüğü artar. Mg(OH) 2 'in çözünürlüğüne ph'ın etkisini kantitatif olarak belirtmek üzere, önce doymuş Mg(OH) 2 'in çözeltisinin ph'ını hesaplayalım: Mg(OH) 2 için K çç K çç = [Mg +2 ] [OH - ] 2 = 1,2 x 10-11 olduğuna göre, Mg(OH) 2 'in molar çözünürlüğü (s), K çç = (s) (2s) 2 = 4s 3 1,2 x 10-11 = 4s 3 s = 1,4 x 10-4 M olmalıdır. Dengede; [OH - ] = 2 x 1,4 x10-4 M = 2,8 x 10-4 M poh = -log (2,8 x 10-4 ) = 3,55 ph = 14,00-3,55 = 10,45 olarak bulunur. Buna göre ph'ın 10,45 'ten daha az olduğu ortamda Mg(OH) 2 'in çözünürlüğü artacaktır. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 233 Ortamda fazladan H + iyonları bulunduğunda, çözünme olayı aşağıdaki gibi özetlenebilir: Mg(OH) 2 (k) 2H + (sulu) + 2OH - (sulu) Mg(OH) 2 (k) + 2H + (sulu) Mg + (sulu) + 2OH - (sulu) 2H 2 O (s) Mg +2 (sulu) + 2H 2 O (s) Ortamın ph'ı 10,45'ten fazla olduğunda, [OH - ] derişimi artacaktır, OH - iyonlarının ortak iyon etkisi ile Mg(OH) 2 'in çözünürlüğü azalacaktır. Bazik bir anyon içeren tuzların çözünürlükleri de ph ile değişir. Örneğin BaF 2 için çözünürlük dengesi, ortamın ph'ı ile ilintili olarak sağa veya sola kayabilir. BaF 2 (k) K çç = [Ba +2 ] [F - ] 2 Ba +2 (sulu) + 2F - (sulu) Asidik ortamda; H + (sulu) + F - (sulu) HF (sulu) reaksiyonu gerektiğinde H + iyonları ile F - iyonlarının reaksiyona girmesi sonucu, çözünürlük dengesinde [F - ] azalacaktır ve dengenin sağlanabilmesi için daha fazla BaF 2 çözünecektir. Hidrolize uğramayan anyonlar (örneğin Cl -, Br -, I - gibi) içeren tuzların çözünürlükleri ph ile değişmez. Çözümlü Soru 8 Mg(OH) 2 'in molar çözünürlüğünü ph 12 için hesaplayınız. 1,2 x 10-7 M 4.4. Kompleks İyon Dengeleri ve Çözünürlük Bazı metal iyonları, özellikle geçiş metalleri,çözeltide kompleks iyonları oluştururlar. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

234 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Bir veya daha fazla molekül veya iyonların bağlandığı bir merkez metal katyon içeren iyonlar "kompleks iyon" olarak nitelendirilirler. Örneğin kobalt (II) klorür çözeltisi, pembe renkli bir çözelti olup, Co(H 2 O) 6 +2 kompleks iyonlarını içerir. Bu çözeltiye HCl asid eklendiğinde Co +2 (sulu) + 4Cl - (sulu) CoCl 4-2 (sulu) dengesinden de görüldüğü gibi "CoCl 4-2 kompleks iyonu oluşur" ve çözeltinin rengi pembeden maviye döner. Kompleks iyon oluşumlarında, metal iyonları "asid" anyonlar veya moleküller ise, "baz" olarak davranırlar ve bu tür reaksiyonlar Lewis asid-baz reaksiyonlarıdır. Kompleks iyonların pek çok kimyasal ve biyolojik sistemlerde önemli rolleri vardır. Burada kompleks iyon oluşumunun çözünürlük üzerine etkisi ele alınacaktır. Bakır (II) sülfat (CuSO 4 ), suda çözüldüğünde, hidratize bakır (II) iyonlarından dolayı mavi renkli bir çözeltidir. Bu çözeltiye birkaç damla derişik NH 3 çözeltisi eklendiğinde, Cu +2 (sulu) + 2OH - (sulu) Cu(OH) 2 (k) açık mavi renkli bakır (II) hidroksit çökeleği oluşur (OH - iyonları amonyak çözeltisinden gelir). Aşırı miktarda NH 3 eklendiğinde ise, mavi çökelek çözünür ve koyu mavi renkli çözelti oluşur. Bu durumda Cu(NH 3 ) 4 +2 kompleks iyonu oluşmuştur: Cu(OH) 2 (k) + 4NH 3 (sulu) Cu(NH 3 ) 4 +2 (sulu) + 2OH - (sulu) Cu(NH 3 ) 4 +2 kompleks iyonun oluşumu, Cu(OH) 2 'in çözünürlüğünü artırır. Bir metal iyonun, bir kompleks iyon oluşturma eğiliminin ölçüsü "oluşum sabiti, K f (veya kararlılık sabiti) " ile belirtilir. K f kompleks iyon oluşumu için denge sabitidir. Büyük K f değeri, kararlı kompleks oluşumunu belirtir. Tablo 12.2'de bazı kompleks iyonlar için oluşum sabitleri verilmiştir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 235 Tablo 12.2: Bazı Kompleks İyonlar İçin Oluşum Sabitleri (25 C) Kompleks Denge İfadesi Oluşum Sabiti (K f ) Ag(NH 3 ) + 2 Ag + + 2NH 3 Ag(NH 3 ) + 2 1.5 x 10 7 Ag(CN) - 2 Ag + + 2CN - - Ag(CN) 2 1.0 x 10 21 Cu(CN) 4-2 Cu + 2 + 4CN - Cu(CN) 2-2 1.0 x 10 25 Cu(NH 3 ) 4 +2 Cu +2 + 4NH 3 Cu(NH 3 ) 4 +2 5.0 x 10 13 Cd(CN) 4-2 Cd + 2 + 4CN - Cd(CN) 4-2 7.1 x 10 16 CdI 4-2 Cd + 2 + 4I - CdI 4-2 2.0 x 10 6 HgCl 4-2 Hg +2 + 4Cl - HgCl 4-2 1.7 x 10 16 HgI 4-2 Hg +2 + 4I - HgI 4-2 2.0 x 10 30 Hg(CN) 4-2 Hg +2 + 4CN - Hg(CN) 4-2 2.5 x 10 41 Co(NH 3 ) 6 +3 Co +3 + 6NH 3 Co(NH 3 ) 6 +3 5.0 x 10 31 Zn(NH 3 ) 4 +2 Zn +2 + 4NH 3 Zn(NH 3 ) 4 +2 2.9 x 10 9 Cu(NH 3 ) 4 +2 iyonun oluşumu Cu +2 (sulu) + 4NH 3 (sulu) Cu(NH 3 ) 4 +2 (sulu) dengesine göre, oluşum sabiti şeklinde yazılır. K f 'in çok büyük değeri kompleks iyonun çok kararlı olduğunu gösterir. Kompleks iyon oluşumu genellikle, bir maddenin çözünürlüğünü artırır. Bu duruma örnek çözümlü soru 9 'da verilmiştir. Çözümlü Soru 9 1,0 M NH 3 çözeltisinde, gümüş klorür'ün molar çözünürlüğünü hesaplayınız. K f = [Cu(NH 3) 4 +2 ] [Cu +2 ] [NH 3 ] 4 = 5,0 x 10 13 Denge reaksiyonları aşağıdaki gibi yazılabilir: AgCl (k) Ag + (sulu) + 2NH 3 (sulu) Toplam reaksiyon: Ag + (sulu) + Cl - (sulu) Ag(NH 3 ) 2 + (sulu) K çç = [Ag + ] [Cl - ] = 1,6 x 10-10 K f = [Ag (NH 3) + 2 ] =1,5 x [Ag + 107 2 ] [NH 3 ] AgCl (k) + 2NH 3 (suda) Ag(NH 3 ) 2 + (suda) + Cl - (suda) AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

236 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Toplam reaksiyon için denge sabiti K, K çç ve K f 'in çarpımına eşittir. K = K çç x K f = [Ag (NH 3)2+ ] [Cl - ] [NH 3] 2 = (1,6 x 10-10 ) (1,5 x 10 7 ) = 2,4 x 10-3 Gümüş klorür'ün molar çözünürlüğü s ise, kompleks iyon oluşumuna ilişkin derişim değişimleri aşağıdaki gibi özetlenebilir: AgCl (k) + 2NH 3 (sulu) Ag(NH 3 ) 2 + (sulu) + Cl - (sulu) Başlangıçta: 1,0 M 0,0 M 0,0 M Değişme : -2s M +s M +s M Dengede : (1,0-2s) M s M sm Buna göre denge sabiti yazılırsa, (s) (s) K = (1,0-2s) 2 2,4 x 10-3 = s 2 (1,0-2s) 2 s = 0,045 M Dengede 0,045 mol AgCl, 1 L 1,0 M NH 3 çözeltisinde çözünür. Gümüş klorür'ün saf sudaki molar çözünürlüğü 1,3 x 10-5 M olarak hesaplanmıştır. Görülüyor ki Ag(NH 3 ) 2 + kompleks iyonun oluşumu, AgCl 'ün çözünürlüğünü artırmıştır. Çözümlü Soru 10 1 Litre 1,20 M NH 3 çözeltisine 0,20 mol CuSO 4 eklendiğinde, dengede Cu +2 derişimi nedir? [Cu +2 ] = 1,6 x 10-13 M ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 237 5. Çözünürlük Çarpımı ve Çökme Çözünürlük çarpımı, K çç ifadesinde yer alan iyonların derişimleri bilindiğinde, çökmenin olup olmayacağını kestirmek üzere kullanılır. Örneğin doymuş CaCO 3 çözeltisinde, iyon çarpımı [Ca +2 ] [CO 3-2 ] 'ın tam olarak Kçç'ye eşit olduğu için bu denge karışımında çökme olmaz. Doymamış CaCO 3 çözeltisinde ise, Ca +2 ve CO 3-2 konsantrasyonlarının, doymuş çözeltideki iyon çarpımı [Ca +2 ] [CO 3-2 ], K çç 'den daha küçüktür ve çökme olmaz. Aşırı doymuş çözeltide doygunluk için gerekenden fazla çözünen vardır ve çökme oluşur ve önceden var olan çökelti çözünmez. Aşırı doymuş CaCO 3 çözeltisinde, iyon çarpımı, K çç 'den daha büyüktür. Hesaplanan iyon çarpımı ile Kçç değerinin karşılaştırılması ile çökelek oluşup oluşmayacağı belirlenebilir ve bu durum şöyle özetlenebilir: İyon çarpımı > K çç ise çökelek oluşur, çözelti aşırı doymuştur. İyon çarpımı = K çç ise çökelek oluşmaz, çözelti doymuştur. İyon çarpımı < K çç ise çökelek oluşmaz, çözelti doymamıştır. Çözümlü Soru 11 0,15 mol NaCl ve 0,15 mol Pb(NO 3 ) 2 içeren bir çözelti hazırlandığında PbCl 2 çöker mi? (PbCl 2 için K çç = 1,6 x 10-5 ) Çözüm Önce PbCl 2 için iyon çarpımının hesaplanması gerekir. Bunun için [Pb +2 ] ve [Cl - ] derişimleri belirtelim: [Pb +2 ] = 0,15 mol / L = 0,15 M [Cl - ] = 0,015 mol / L = 0,015 M İyon çarpımı [Pb +2 ] [Cl - ] = (0,15) (0,015) 2 = 3,4 x 10-5 İyon çarpımı (3,4 x 10-5 ), K çç (1,6 x 10-5 ) den daha büyük olduğundan PbCl 2 çöker. Çözümlü Soru 12 10 ml 0,10 M AgNO 3 ile 10 ml 0,00010 M NaCl çözeltileri karıştırılıyor. Son hacim 20 ml oluyor. Buna göre AgCl çöker mi? (AgCl için K çç = 1,7 x 10-10 ) AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

238 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER İyon çarpımı (2,5 x 10-7 ) > K çç (1,7 x 10-10 ) olduğundan AgCl çöker. 5.1. Seçmeli Çöktürme Bazı durumlarda, çözeltide bulunan iyonlardan birisinin çöktürülerek diğerlerinin çözeltide kalması istenebilir. Örneğin potasyum ve baryum iyonları içeren çözeltiye sülfat iyonları eklenerek BaSO 4 çöktürülür ve çözeltiden Ba +2 iyonları uzaklaştırılmış olur. Diğer ürün K 2 SO 4 ise çözünür olduğundan çözeltide kalır. Bazı durumlarda oluşan her iki ürün de çözünür olmayabilir ve bunların ayrılması gerekebilir. Örneğin Cl -, Br - ve I - iyonlarını içeren bir çözelti düşünelim. Bu iyonları ayırmak için gümüş halojenür tuzlarını oluşturmak gerekir. K çç değerlerine bakıldığında, Kçç AgCl 1,6 x 10-10 AgBr 7,7 x 10-13 AgI 8,3 x 10-17 Çözünürlüğün AgCl'den AgI'e doğru azaldığı görülür. O halde ilk önce AgI, ardından AgBr ve en son olarak da AgCl çökecektir. Çözümlü Soru 13 0,020 M Cl - ve 0,020 M Br - iyonları içeren bir çözeltiye gümüş nitrat yavaş yavaş ekleniyor. (a) Ag Br (b) Ag Cl çökeleklerinin oluşumunun başlaması için gereken Ag + iyonlarının konsantrasyonunu (mol/l) olarak hesaplayınız. (a) K çç değerlerinden, AgBr'ün AgCl'den önce çökeceğini biliyoruz. K çç = [Ag + ] [Br - ] ve [Br - ] = 0,020 M olduğuna göre, AgBr'ün çökmeğe başlaması gereken Ag +, derişimi Ag + = K -13 çç 7,7 10 Br - = 0,020 = 3,9 x 10-11 M [Ag + ] > 3,9 x 10-11 M olduğunda AgBr çökmeğe başlar. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 239 (b) Ag Cl için K çç = Ag + Cl - Ag + = -10 K çç 1,6 10 Cl - = 0,020 = 8,0 10-9 M [Ag + ] > 8,0 x 10-9 M olduğunda, AgCl çökmeğe başlıyacaktır. Özet Az çözünen bir bileşiğin, katı fazdaki hali ile çözeltisi içindeki iyonları arasında bir çözünürlük dengesi vardır. Bu denge çözünürlük çarpımı, K çç ile belirtilir. Çözünürlük dengesini, dolayısıyla çözünürlüğü etkileyen faktörler; ortak iyon etkisi, yabancı iyon etkisi, hidrojen iyonu derişiminin etkisi, kompleksleşmenin etkisi gibi faktörlerdir. Az çözünen bileşiğin çözünürlüğü, ortak iyon varlığında, saf sudakine göre azalır. Yabancı iyonların etkisi ise çözünürlüğü artırıcı yöndedir. Çözeltinin hidrojen iyonu derişiminin (ph) değişimi, az çözünen bileşiğin iyonları asidik veya bazik özellikte olduğunda çözünürlük dengesinin değişimine neden olur. Az çözünen bileşiğin iyonlarından biri ile çözeltide kompleks oluşumu söz konusu olduğunda çözünürlük artar. İyon çarpımı ile K çç 'nin karşılaştırılması, çökeleğin oluşup oluşmayacağını hakkında bilgi verir. İyon çarpımı > K çç ise çökelek oluşur, iyon çarpımı < K çç ise çözelti doymamıştır ve çökelek oluşmaz. Farklı bileşiklerin K çç değerlerinin karşılaştırılması ile seçmeli çöktürme koşulları belirlenebilir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

240 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Değerlendirme Soruları Aşağıdaki soruların yanıtlarını verilen seçenekler arasından bulunuz. 1. MnCO 3 'ın molar çözünürlüğü 4,2 x 10-6 M dir. Bu bileşik için K çç değerini hesaplayınız. A. 3,6 x 10-5 B. 1,8 x 10-11 C. 2,5 x 10-12 D. 5,0 x 10-20 E. 5,5 x 10-25 2. M 2 X 3 (molar kütlesi = 288 g) iyonik bileşiğinin çözünürlüğü 3,6 x 10-17 g/l dir. Bu bileşik için K çç değerini hesaplayınız. A. 4,0 x 10-93 B. 4,0 x 10-84 C. 3,5 x 10-50 D. 5,0 x 10-23 E. 2,5 x 10-10 3. Ag 2 CO 3 'ın çözünürlüğünü (g/l) cinsinden hesaplayınız. (Ag 2 CO 3 için K çç = 8,1 x 10-12 ) A. 0,10 g/l B. 0,015 g/l C. 0,035 g/l D. 0,25 g/l E. 0,73 g/l 4. Doymuş metal hidroksit, MOH çözeltisinin ph'ı 9,68 dır. Bu bileşik için K çç değerini hesaplayınız. A. 2,3 x 10-9 B. 1,1 x 10-8 C. 1,9 x 10-7 D. 2,1 x 10-5 E. 3,8 x 10-4 5. 0,010 M Cu + ve 0,010 M Ag + içeren çözeltiye yavaş yavaş katı NaI ekleniyor. CuI çökmeğe başladığı anda [Ag + ] derişimini hesaplayınız. A. 1,6 x 10-7 M B. 2,1 x 10-8 M C. 3,9 x 10-9 M D. 5,0 x 10-10 M E. 6,2 x 10-12 M ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER 241 6. PbBr 2 için çözünürlük çarpımı 8,9 x 10-6 dır. 0,20 M KBr çözeltisinde molar çözünürlüğü hesaplayınız. A. 1,1 x 10-5 B. 2,2 x 10-4 C. 2,6 x 10-5 D. 3,3 x 10-7 E. 2,5 x 10-9 7. Fe(OH) 2 'in ph 8,00'deki molar çözünürlüğünü hesaplayınız. A. 0,1 M B. 0,15 M C. 0,016 M D. 0,0003 M E. 0,0009 M 8. 0,100 M NH 3 çözeltisinde AgCl'ün çözünürlüğü nedir? A. 4,9 x 10-3 M B. 5,2 x 10-4 M C. 4,5 x 10-4 M D. 6,2 x 10-6 M E. 7,2 x 10-7 M 9. 0,010 M CrO -2 4 ve 0,10 M Br - iyonları içeren bir çözeltiye yavaş yavaş AgNO 3 çözeltisi ekleniyor. Ag 2 CrO 4 çökmeğe başladığı anda, çözeltide kalmış olan [Br - ] nedir? (Ag 2 CrO 4 için K çç = 2,4 x 10-12, AgBr için K çç = 7,7 x 10-3 ) A. 5,1 x 10-8 M B. 3,9 x 10-7 M C. 5,0 x 10-6 M D. 8,3 x 10-5 M E. 7,2 x 10-3 M 10. 10,0 g CaCl 2 çözülerek hazırlanan 1.0 L çözeltide, AgCl'ün molar çözünürlüğünü hesaplayınız. A. 0,005 mol/l B. 1,0 x 10-2 mol/l C. 5 x 10-5 mol/l D. 7,0 x 10-5 mol/l E. 8,9 x 10-10 mol/l AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

242 ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞ E ETKİ EDEN FAKTÖRLER Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Brady, J.E., Holum, J.R. Fundamentals of Chemistry, New York: John Wiley El Sons, 1981. Chang, R. Chemistry, 4 th ed USA: Mc Graw-Hill Inc. 1991. Petrucci, R.H. and Harwood, WS. Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara. Sarıkahya, Y., Güler, Ç, Sarıkahya, F., Genel Kimya, Uğur Ofset Matbası, Temir 1985. Değerlendirme Sorularının Yanıtları 1. B 2. A 3. C 4. A 5. A 6. B 7. C 8. A 9. A 10. E ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ