ÇÖZELTİLERİN KOLİGATİF ÖZELLİKLERİ

ÇÖZELTİLERİN KOLİGATİF ÖZELLİKLERİ Çözeltilerin sadece derişimine bağlı olarak değişen özelliklerine koligatif özellikler denir. Buhar basıncı düşmesi, Kaynama noktası yükselmesi, Donma noktası azalması ve Ozmotik basınç olarak sınıflandırılabilir. Buhar Basıncı Düşüşü Çözünen bir madde uçucu değil ise çözeltinin buhar basıncı her zaman için saf çözücününkinden daha düşük olur. Böyle çözeltinin buhar basıncı ve çözücünün buhar basıncı arasındaki ilişki çözeltideki çözünen madde konsantrasyonuna bağlı olur. Bu ilişki Raoult Kanunu ile ifade edilir, Buna göre, bir çözeltiyi oluşturan çözücünün kısmı basıncı (P 1 ), saf çözücünün buhar basıncı (P o 1 ) ile çözücünün mol kesri (X 1 ) çarpımına eşittir. o P 1 = X 1 P 1 Sadece bir cins çözünen madde içeren çözeltide X 1 + X 2 =1 dir. X 2 çözünen maddenin mol kesridir. Eşitlik yeniden düzenlenirse; o P 1 = (1 X 2 )P 1 P 1 = P o o 1 X 2 P 1 P o o 1 P 1 = P = X 2 P 1 1

Buhar basıncı ÇÖZELTİLER Buhar basıncındaki düşüş P; çözünen maddenin konsantrasyonu (mol kesri) ile ters orantılıdır. Yanı çözeltilerde, birim hacimde çözünen madde miktarı arttıkça, buhar basıncı azalır. Su t Tuzlu su Sıcaklık Şekil: Ayı sıcaklıkta çözeltilerin buhar basıncı saf çözücüsüne göre daha düşük olur. Eğer çözücü çözünen olmak üzere, bir çözeltinin her iki bileşeni de uçucu ise, çözeltinin buhar basıncı, tek kısmi basınçların toplamına eşittir. Bu durumda Raoult Kanunu şöyle yazılabilir: o P A = X A P A ve o P B = X B P B Burada P A ve P B çözeltinin A ve B bileşenlerinin kısmi basınçlarıdır. Saf maddelerin buhar basınçları ise P o A ve P o B dir. Toplam basınç ise Dalton un kısmi basınç kanunu ile verilmiştir. P T = P A + P B ise, P T = X A P o A +X B P o B olur. 2

Sonuç olarak; Eğer çözelti endotermik ise; çözeltinin buhar basıncı aynı konsantrasyon değeri için Raoult kanunundan tahmin edilen buhar basınçları toplamından daha büyüktür. Eğer çözelti egzotermik ise; çözeltinin buhar basıncı aynı konsantrasyon değeri için Raoult kanunundan tahmin edilen buhar basınçları toplamından daha küçüktür. SORU 1 Molce %60 glikol içeren sulu çözeltinin 40 o C deki buhar basıncı kaç mmhg dir? (40 o C 'de P su = 90 mmhg, P gliko l = 50 mmhg) A) 78 B) 66 C) 62 D) 58 E) 54 (MEB) 3

Kaynama Noktası Yükselmesi (ebülyoskopi) Bir sıvının kaynama noktası onun buhar basıncının dış atmosferik basınca eşitlendiği sıcaklıktır. Uçucu özellik göstermeyen çözünen maddenin varlığı bir çözeltinin buhar basıncını düşürdüğünü için kaynama noktasını da etkiler. Uçucu olmayan bir madde, içinde bulunduğu çözücünün buhar basıncını azalttığından, çözelti saf çözücünün normal kaynama noktasında kaynamaz. Çözeltinin buhar basıncını bir atmosfere çıkarmak için sıcaklığının çözücünün normal sıcaklığının üstüne çıkarılması gerekir. Şu halde uçucu olmayan maddelerin çözülmesiyle hazırlanan çözeltilerin kaynama noktaları saf çözücülerinkinden daha yüksektir Kaynama noktasındaki yükselme ( T k ), saf çözücünün kaynama noktasından(t b o ), çözeltinin kaynama noktası(t k ) çıkarılarak elde edilir. T k = T k T k o (T k >T k o olduğu için, T k değeri pozitiftir.) T b değeri, buhar basıncı düşüşü ile ters orantılıdır ve bu yüzden kaynama noktasındaki yükselme çözeltideki çözünenin derişimi (molalite) ile doğru orantılıdır. T k α m T k = K k m i Burada K k molal kaynama noktası sabittir. Birimi o C/m dir. (i) Van t Hoff faktörü olup elektrolit çözeltiler için değeri iyon sayısı kadardır. Molekül halinde çözünen maddeler için değeri 1 dir. Çözeltilerin sıcaklığı sabit olmadığı için konsantrasyon birimi molarite olarak değil, molalite olarak alınır. Çünkü molarite sıcaklıkla değişen bir konsantrasyon birimidir. 4

SORU 2 X, sudan daha uçucu bir sıvı, Y, suda ve X te çözünen ve uçucu olmayan bir katıdır. Buna göre, eşit koşullarda, aşağıdakilerden hangisinin kaynama noktası en düşüktür? A) Saf su B)Saf X C)Saf Y D) X ve Y karışımı E) Y ve su karışımı (ÖSS 1988) 5

SORU 3 0,1 M derişimli üç sulu çözeltiden birinin NaCl çözeltisi olduğu bilinmektedir. Bu çözeltilerin kaynamaya başlama sıcaklıklarının saf suyunkinden farkları ( t), aşağıdaki gibidir. NaCl X Y Çözeltisi Çözeltisi Çözeltisi t: a a/2 2a Buna göre, aşağıdakilerin hangisinde verilenler X ve Y bileşikleri olabilir. X Y A) Alkol Şeker B) Şeker MgCl 2 C) Şeker AlCl 3 D) MgCl 2 Na 2 CO 3 E) Na 2 CO 3 MgCl 2 (ÖYS 1989) 6

Donma Noktası Düşüşü (kriyoskopi) Donma noktasında katı ve sıvının buhar basıncı eşittir. Soğuk kış aylarında yolların üzerindeki buzların eritilmesi için tuz (NaCl ve CaCl 2 gibi) kullanılır. Bu yöntem çözeltinin donma noktasını saf çözücüsüne göre düşürür. Kaynama noktası yükselmesindeki gibi donma noktası düşmesi de çözelti derişimine çözücüye bağlıdır. Donma noktası düşüşü ( T d ), saf çözücünün donma noktasından (T o d ),çözeltinin donma noktası(t d ) arasındaki fark olarak hesaplanır. T d = T d o T d T d o > T d olduğundan T d pozitif bir değerdir. T d çözelti konsantrasyonu ile orantılıdır. T d α m T d = K d m i Burada K d molal donma noktası düşmesi noktası sabittir. Birimi o C/m dir. (i) Van t Hoff faktörü olup elektrolit çözeltiler için değeri iyon sayısı kadardır. Molekül halinde çözünen maddeler için değeri 1 dir. Çözeltilerin sıcaklığı sabit olmadığı için konsantrasyon birimi molarite olarak değil, molalite olarak alınır. Çünkü molarite sıcaklıkla değişen bir konsantrasyon birimidir. 7

Basınç ÇÖZELTİLER 1 atm Sıvı Katı Gaz Sıcaklık Çözeltinin donma noktası Suyun donma noktası Suyun kaynama noktası Çözeltinin kaynama noktası Şekil: Sulu çözeltilerin donma noktası düşmesi ve kaynama noktası yükselmesini gösteren faz diyagramı SORU 4 84 gram iki iyonlu bir X bileşiği 500 gram saf suda 1 atm de çözündüğünde suyun donma noktasını 14,88 o C düşürüyor. Buna göre bu X bileşiğinin mol kütlesi kaçtır? (Su için donma noktası alçalma sabiti: 1,86 o C.m -1 ) A) 34 B) 42 C) 68 D) 85 E) 90 (MEB) 8

SORU 5 X ve Y maddelerinin (bütün derişimlerdeki) sulu çözeltilerinin kaynama noktaları, aynı koşullardaki suyunkiyle karşılaştırılıyor. Çözeltinin kaynama noktası, Çözünen X maddesi ise yükseliyor, Çözünen Y maddesi ise düşüyor. Buna göre, X ve Y maddeleri ile ilgili aşağıdakilerden hangisi kesinlikle yanlıştır? (X ve Y maddelerinin su ile kimyasal tepkime vermediği varsayılacaktır.) A) Y, sudan daha uçucudur. B) X, sudan daha uçucudur. C) Y, çözündüğünde moleküler halde kalmaktadır. D) X, çözündüğünde moleküler halde kalmaktadır. E) X, çözündüğünde iyonlarına ayrışmaktadır. (ÖSS 2001) 9

SORU 6 Aynı ortamda bulunan iki sulu çözeltiden X in donmaya başlama noktası a o C, Y ninki ise -2a o C dir. X ve Y aşağıdakilerden hangisinde verilen maddeler olabilir. X Y A) 0,5 M sofra tuzu 1,0 M şeker B) 0,5 M şeker 1,0 M şeker C) 1,0 M şeker 0,5 M şeker D) 1,0 M sofra tuzu 0,5 M sofra tuzu E) 1,0 M sofra tuzu 1,0 M şeker (ÖSS 1994) 10

SORU 7 0 -a -2a -3a -4a -5a 1 2 3 Çözünen madde miktarı (mol/1 lt su ) C 12 H 22 O 11 Suyun Donma Noktası ( o C) FeCl 3 NaNO 3 Yukarıdaki grafikte, 1 atmosfer basınçta suyun donma noktasının, içinde çözünen madde miktarına bağlı olarak değişimi gösterilmiştir. Buna göre, 1 litre suda 0,5 mol NaCl nin çözünmesi ile oluşan çözelti kaç o C de donmaya başlar? A)-a B)-2a C)-3a D)-a/2 E)-3a/2 (ÖYS 1988) 11

OZMOTİK BASINÇ Birçok kimyasal ve biyolojik işlem ozmoz olayına bağlı olarak gelişir. Şekildeki gibi saf su ile şeker çözeltisi arasına konmuş ve su moleküllerini geçirdiği halde şeker moleküllerini geçirmeyen bir zarı göstermektedir. Şeker molekülleri zarın bir tarafından diğer tarafına geçemediği halde su molekülleri her iki yöne de geçebilir. Ancak saf suyu içeren sol tarafta sağ taraftakine göre daha çok su molekülü vardır. Ozmotik basınçla orantılı Saf su Çözelti Yarı geçirgen zar Bu nedenle, zarın sol tarafından sağ tarafına geçiş hızı zıt yöndeki hızdan daha büyüktür. Sonuç olarak, Ozmoz, seyreltik bir çözeltiden daha derişik bir çözeltiye gözenekli bir zar vasıtasıyla çözücü moleküllerinin geçişi olarak tanımlanır. 12

Ters Ozmoz: Şekildeki U tüpünün sağ koldaki çözelti üzerine denge basıncından daha büyük bir basınç uygulanırsa su, normal olarak gözlenenin tersine bir yönde zorlanır. Ters ozmoz denen bu işlemle tuzlu sudan saf su elde edilebilir. Ozmotik Basınç: Şekildeki U tüpünün her iki kolundaki sıvıların düzeyleri arasındaki yükseklik farkı ozmotik basınç olarak tanımlanır. Ozmotik basıncın formülü aşağıdaki gibidir. V= nrt, Çözeltinin molaritesi = MRT n V yerine M yazılırsa eşitlik aşağıdaki gibi olur. Ozmotik basınç (atm ) V n R T M : Çözeltinin hacmi (litre) : Mol sayısı, (mol) : Gaz Sabiti, 0.082 (Latm/Kmol) : Mutlak sıcaklık, (K) : Çözeltinin derişim, (mol/l) 13

SORU 8 Kan, iyonlaşmayan çözünen bir maddenin 0,3 M lık çözeltisi gibi davransaydı vücut sıcaklığındaki (37 o C) kanın ozmotik basıncı kaç atm olurdu? A)7,62 B)76,2 C)6,8 D)762 E)0,9 14

SORU 9 Yukarıda deniz suyundan içme suyunun elde edilmesi gösterilmiştir. Buna göre; I. Kullanılan yöntem ters osmoz dur. II. Su yarı geçirgen zar sayesinde az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçer. III. Deniz suyunun üstüne 30 atm den fazla basınç uygulanır. Yargılarından hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) I, II ve III C) I ve II D) Yalnız II E) I ve III (MEB) 15

SORU 10 0,3 M 300 ml NaCl çözeltisinin kaynama noktası 103 o C dir. Buna göre aynı ortamda bulunan 0,5 M 400 ml Ba(OH) 2 çözeltisinin kaynama noktası kaç o C dir? A) 102,0 B) 103,0 C) 104,0 D) 105,5 E) 107,5 (MEB) 16