ANADOLU ÜNİVERSİTESİ AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ İLKÖĞRETİM ÖĞRETMENLİĞİ LİSANS TAMAMLAMA PROGRAMI. Kimya. Cilt 2. Ünite 11-19

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ İLKÖĞRETİM ÖĞRETMENLİĞİ LİSANS TAMAMLAMA PROGRAMI Kimya Cilt 2 Ünite 11-19

T.C. ANADOLU ÜNİVERSİTESİ YAYINLARI NO: 1080 AÇIKÖĞRETİM FAKÜLTESİ YAYINLARI NO: 598 FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ Kimya Yazarlar: Doç.Dr. Ayşe Eren PÜTÜN Yrd.Doç.Dr. Nevin KANIŞKAN Yrd.Doç.Dr. Hayrettin TÜRK Yrd.Doç.Dr. Hüseyin BERBER Yrd.Doç.Dr. Halil BERBER Editör: Prof.Dr. D.Lale ZOR

Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları Anadolu Üniversitesine aittir. "Uzaktan öğretim" tekniğine uygun olarak hazırlanan bu kitabın bütün hakları saklıdır. İlgili kuruluştan izin almadan kitabın tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt veya başka şekillerde çoğaltılamaz, basılamaz ve dağıtılamaz. Copyright 1999 by Anadolu University All rights reserved No part of this book may be reproduced or stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means mechanical, electronic, photocopy, magnetic tape or otherwise, without permission in writing from the University. Tasarım: Yrd.Doç.Dr. Kazım SEZGİN ISBN 975-492 - 836-3

Çözeltiler Yazar Yrd.Doç.Dr. Nevin KANIŞKAN ÜNİTE 11 Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; çözelti ve çözelti türlerini tanımlayabilecek, çözünme olgusunu ve çözünürlüğü kavrayacak, çözünürlüğü etkileyen faktörleri bilebilecek, çözelti derişimini ve derişim birimlerini tanımlayabilecek, derişimle ilgili problemleri çözebilecek, çözeltilerin özelliklerini bilecek, elektrolit çözeltileri açıklayabileceksiniz. İçindekiler Giriş 197 Çözelti ve Türleri 197 Çözünme ve Çözelti Oluşumu 198 Çözünürlük 199 Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler 200 Çözelti Derişim Birimleri 204 Çözeltilerin Özellikleri 210

Elektrolit Çözeltiler 215 Özet 217 Değerlendirme Soruları 218 Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar 220 Çalışma Önerileri Bu üniteyi çalışmaya başlamadan önce, moleküller arası etkileşimler, polarite, mol kavramlarını, sıvılar konusunu gözden geçiriniz. Bu üniteyi çalışırken, çözümlü soruları dikkatle inceleyiniz ve değerlendirme sorularını mutlaka çözünüz. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 197 1. Giriş Ünite 1'de, iki veya daha fazla sayıda element veya bileşiğin hiçbir kurala uymaksızın bir araya gelmeleri ile oluşan sistemlere "karışım", fiziksel özellikleri her yerinde aynı olan homojen karışımlara da "çözelti" adı verildiği belirtilmişti. Bu ünitede ise; önce çözelti ve türlerine değinilecek, ardından çözünme olgusu ve çözünürlüğü etkileyen faktörler incelenecek, çözelti derişimleri ele alınacak ve son bölümde de çözeltilerin özellikleri üzerinde durulacaktır. 2. Çözelti ve Türleri Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımı olup, en az iki bileşenden oluşur. Bileşenlerden biri çözücü, diğeri ise çözünendir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden miktarı az olana "çözünen", fazla olanına ise "çözücü" denir. Çözücü, genellikle çözeltinin fiziksel durumunu belirler. Buna göre çözeltiler, gaz, sıvı veya katı halinde olabilirler. Örneğin nefes aldığımız hava, azotta çözünmüş oksijen, argon gibi çeşitli gazların oluşturduğu bir "gaz çözelti", deniz suyu, tuz ve suda bulunan pek çok sayıda başka maddelerin oluşturduğu bir "sıvı çözelti", diş dolgusunda kullanılan amalgam, gümüşte civanın çözünmesi ile oluşturulan bir "katı çözelti" örneğidir. Tablo 11.1'de fiziksel hallerine göre bazı çözelti örnekleri verilmiştir. Çözücü, çözünen adlandırması, tamamıyla keyfi adlandırma olup, az miktarda bileşenin çözücü kabul edildiği bazı örnekler de vardır. Örneğin su miktarı çok az dahi olsa, sülfürik asit ile sudan oluşan çözeltide sülfürik asit çözünen, su da çözücü olarak gösterilir. Tablo 11.1: Fiziksel Hallerine Göre Bazı Çözelti Örnekleri Örnek Çözeltiler Çözücü Çözünen Gaz Çözelti Hava (azotta çözünmüş oksijen ve diğer gazlar) gaz gaz Sıvı Çözeltiler Soda (suda çözünmüş karbon dioksit) sıvı gaz Sirke (suda çözünmüş asetik asit) sıvı sıvı Şekerli su (suda çözünmüş şeker) sıvı katı Katı Çözeltiler Palladyumda hidrojen katı gaz Çelik (demirde karbon) katı katı Kimyasal reaksiyonların pek çoğu saf katı, sıvı ve gazlar arasında olmayıp, suda veya diğer çözücülerde çözünmüş iyonlar ve moleküller arasında gerçekleşir. Bu bakımdan en yaygın çözeltiler sıvı çözeltilerdir. Sıvı çözeltilerde, çözücü su ise çözelti "sulu çözelti" olarak adlandırılır. Su iyonik ve moleküler yapıdaki pek çok sayıda maddeyi çözer ve çözünen bileşiklerin pek çoğu iyonlarına ayrışır ve bu iyonlar kimyasal reaksiyonlarda yer alır. Genel kimya laboratuvarlarında reaksi- AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

198 ÇÖZELTİ LER yonların pek çoğu sulu çözeltilerde gerçekleştirilir. Bu ünite kapsamında söz konusu edilecek çözeltiler sulu çözeltiler olacaktır. 3. Çözünme ve Çözelti Oluşumu Çözünme olayı, çözücü ve çözünenin homojen olarak karışması ile gerçekleşir. Bir madde diğeri içinde çözündüğünde, çözünenin tanecikleri çözücü içersinde homojen olarak dağıtılır ve çözünen tanecikleri, çözücü molekülleri arasında yer alır (Şekil 11.1). Çözücü Basamak 1 Basamak 2 Çözünen Basamak 3 Çözelti Şekil 11.1: Çözünme Olayının Üç Basamakta Oluşumu: Çözücü ve Çözünen Taneciklerinin Ayrılması (Basamak 1 ve 2), Ardından Çözücü ve Çözünen Taneciklerinin Karışması (Basamak 3) Bu olayda rol alan üç önemli etkileşim (çözünen-çözünen, çözücü-çözücü, çözünen-çözücü) aşağıda özetlenmektedir: Çözünen taneciklerinin birbirinden uzaklaşması (enerji gerekir, basamak 2); Çözücü taneciklerinin çözüneni yerleştirmek üzere aralarında boşluk açmak için birbirlerinden ayrılması (enerji gerekir, basamak 1) Çözücü taneciklerinin çözünen taneciklerini çekmesi (enerji verir, basamak 3) Çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri yaklaşık aynı büyüklükte ise, moleküller gelişigüzel karışır ve sonuçta homojen karışım yani çözelti oluşur. Çözücü-çözünen molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, çözücü-çözücü, çözünençözünen çekim kuvvetlerinden fazla olursa yine çözünme olayı gerçekleşir ve çözelti oluşur. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 199 Şekil 11.2: Çözeltide Bulunan Moleküller Arası Kuvvetler Çözelti halinde düzensizliğin artması nedeniyle, çözücü-çözünen molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, çözücü-çözücü, çözünen-çözünen çekim kuvvetlerinden az olduğu bazı durumlarda da çözelti oluşumu söz konusu olabilmektedir. Bu durumu açıklamak üzere bir olayın kendiliğinden meydana gelmesini sağlıyan iki etmenden söz etmek gerekir. Bilindiği gibi bütün sistemler, daha kararlı hale gelmek için enerjilerini azaltmayı isterlerken aynı zamanda en düzensiz durumda bulunmak isterler. Çözelti hali çözünmemiş hale göre daha düzensiz hali oluşturduğundan, çözünen-çözücü etkileşimi, enerji bakımından çözünen-çözünen ve çözücü-çözücü etkileşimlerinin toplamını karşılayacak yeterlikte olmasa bile, düzensizliğin artması nedeni ile çözünme gerçekleşebilir. 4. Çözünürlük Herhangi bir sıcaklıkta belirli miktar çözücüde çözünebilen madde miktarına, o maddenin o koşullardaki "çözünürlüğü" adı verilir. Örneğin, oda sıcaklığında 20 g glukoz 100 ml suda karıştırılırsa, glukozun tamamı çözünür. Ancak 300 g glukoz aynı şekilde 100 ml suya eklenirse bir miktarı çözünmeden kalacaktır. Bu koşullarda çözücü bu maddeyi daha fazla çözemeyeceğinden bu çözeltiye "doymuş çözelti" denir. Doymuş çözeltilerde; Çözünen saf Çözünen çözünmüş dinamik dengesi vardır. Denge halindeki böyle bir sistemde; saf çözünenin çözünme hızı, çözünmüş çözünenin çözelti fazından saf faza geçme hızına eşit olacağından çözünmüş madde miktarı sabit kalır. Buna göre, doymuş bir çözelti, "çözünenin fazlası ile dengede bulunan veya dengede kalabilen çözelti" olarak tanımlanabilir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

200 ÇÖZELTİ LER Doymuş çözeltide çözünen madde miktarı, o maddenin o çözücüdeki "çözünürlüğü" olarak belirtilir. Bir maddenin çözünürlüğü genellikle belirli bir sıcaklıkta 100 g veya 100 ml çözücüde çözünebilen maddenin gram cinsinden ağırlığı olarak verilir. Örneğin sodyum klorür (NaCl)'ün sudaki çözünürlüğü 20 C da 36 g/100 ml'dir. Bu ifadeden NaCl'ün verilen şartlarda 100 ml suda 36 g'dan daha fazla çözünmeyeceği anlaşılır. Doygun hale gelmiş bu çözeltiye daha fazla NaCl ilave edildiğinde, ilave edilen NaCl çözeltide çözünmeden katı halde kalacaktır. Olayın denklemi; NaCl (k) Çözünen Na + (sulu) + Cl - (sulu) Çözünmüş iyonlar şeklindedir ve buradaki dinamik denge nedeni ile çözünen madde miktarı ne artar ne de eksilir. Doymuş bir çözelti için verilen çözünürlük değerinden daha az miktarda madde bulunduran çözeltiler ise "doymamış çözelti" olarak adlandırılır. Örneğin 20 C'da 100 g suda 36 g'dan daha az NaCl çözünmesi ile hazırlanan çözelti, "doymamış çözeltidir" ve NaCl'ün hepsi çözünür. Diğer yandan, belli bir sıcaklıkta doymuş bir çözelti hazırlanıp, ardından sıcaklık çözünürlüğün daha az olduğu bir değere getirildiğinde (genellikle sıcaklık düşürülür) genellikle çözünenin fazlası çöker. Fakat bazen hiçbir çökme gözlenmez ve çözeltide çözünen madde miktarı, o sıcaklıkta çözünmesi gerekenden fazla olur. Bu tür çözeltiler de aşırı doymuş çözeltiler olarak adlandırılır. Diğer bir deyişle, eğer bir çözücü verilen koşullarda, çözebileceği miktarlardan fazla madde çözmüş ise, bu tür çözeltiler "aşırı doymuş çözeltiler" olarak tanımlanır. Aşırı doymuş bir çözelti kararsız olup, içine birkaç çözünen kristali eklenmesi ile (eklenen kristaller, çekirdek görevi üstlenen aşı kristallerdir) fazladan çözünmüş olan kısım (veya aşırı çözünen miktar) çöker ve "doymuş çözelti" haline dönüşür. 5. Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler Bir çözücüde bir maddenin çözünürlüğü; çözücü ve çözünenin türüne, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 201 5.1. Çözücü ve Çözünenin Türü Maddelerin çözünürlüğü, çözücü ve çözünen maddelerin türüne göre değişir. Örneğin sodyum klorür suda çok iyi çözünür fakat benzende çözünmez. Bir maddenin hangi çözücüde çözünebileceği, kimyada sıklıkla kullanılan bir genelleme olan "benzer benzeri çözer" deyimi ile belirtilir. Örneğin su gibi polar bir sıvı genellikle iyonik ve polar bileşikler için en iyi çözücüdür. İyonik bileşikler, polar sıvılarda çok iyi çözünürler. Çünkü polar çözücü molekülleri, bileşikteki zıt yüklü iyonları iyon-dipol çekim kuvvetleri ile çekerek iyonun etrafını çözücü molekülleri ile sararlar. Bu tür iyonlara "solvatize iyonlar" denir. Solvatize iyonlar sıvı faza geçerek çözünme olayını sağlarlar. Çözücü olarak su kullanılırsa, çözücü ile sarılmış iyonlara "hidratize iyonlar" denir. Örneğin iyonik bir bileşik olan NaCl'ün suda çözünmesini düşünelim. Burada çözünmenin temeli, su dipollerinin iyonik kristal yüzeyindeki iyonları sarması ve onları hidratlaştırmasıdır (Şekil 11.3). Şekil 11.3: İyonik Yapıdaki NaCl'ün Suda Çözünmesi Polar olmayan benzen (C 6 H 6 ) ve tetrakloroeten (Cl 2 C = CCl 2 ) gibi sıvılar ise, polar olmayan bileşikler (London kuvvetleri ile bir arada tutulan) için uygun çözücülerdir. Genellikle polar maddeler, polar çözücülerde, polar olmayanlar ise polar olmayan çözücülerde çözünürler. Çözünen madde molekülleri, yapı bakımından çözücü moleküllerine benzerse çözünürlük fazla olur. Çünkü çözücü ve çözünen molekülleri benzer molekül yapısında olmaları durumunda yakın değerlerde moleküller arası kuvvetlere sahiptirler ve çözünen-çözücü etkileşimi kuvvetli olur ve çözünme gerçekleşir. Örneğin NaCl'ün oda sıcaklığında sudaki çözünürlüğü 31.1 g/100 ml iken etil alkoldeki çözünürlüğü 0.051 g/100 ml'dir. Burada çözünürlükteki fark, etil alkol mo- AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

202 ÇÖZELTİ LER leküllerinin daha düşük polariteye sahip olmasından kaynaklanır. Çünkü sudan daha düşük polariteye sahip etil alkol moleküllerinin, iyonları çekimi daha az olur ve çözünürlük daha düşük değerdedir. Polar olmayan maddelerle, polar maddeler birbiri içinde çözünmezler. Örneğin polar olmayan karbon tetraklorür (CCl 4 ), polar bir madde olan suda çözünmez. Su molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, CCl 4 ve H 2 O molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinden daha büyüktür. Böylece çözünme gerçekleşmez ve CCl 4 molekülleri alta inerek H 2 O ve CCl 4 iki ayrı saf sıvı tabakası oluştururlar. Farklı çözünenler aynı koşullarda ve aynı çözücüde farklı çözünürlükler gösterirler. Çünkü çözünenin değişmesi ile çözünen-çözünen, çözünen-çözücü çiftlerinin karşılıklı etkileşimleri değişecektir. Örneğin sodyum klorür (NaCl)'ün, potasyum nitrat (KNO 3 )'ın ve potasyum klorat (KClO 3 )ın 60 C da 100 g sudaki çözünürlükleri sırası ile 37.5 g, 110 g ve 24.5 g dır. 5.2. Çözünürlük ve Sıcaklık Maddelerin çözünürlüğüne sıcaklığın etkisi doymuş bir çözelti hazırlanırken alınan ya da verilen ısıya bağlıdır. Bazı çözeltiler hazırlanırken çevreye ısı verilir (ekzotermik), bazıları da çevreden ısı alır (endotermik). Örneğin bir miktar katı amonyum nitrat (NH 4 NO 3 ) tuzu, bir deney tüpü içersinde suda çözündüğünde çözelti oluşumu ile birlikte deney tüpünün soğuduğu gözlenir. Bu durum çözünme işleminin çevreden ısı aldığını ve olayın endotermik olduğu gösterir. Öte yandan NaOH, KOH gibi bazlar veya HCl, HNO 3 gibi asitlerin suda çözünmeleri ile oluşan çözeltilerde sıcaklığın arttığı gözlenir. Bu durum ise çözünme işleminin çevreye ısı verdiğini ve olayın ekzotermik olduğunu gösterir. Sıcaklığın çözünürlük üzerine etkisini incelemek üzere az miktarda bir maddenin doygunluğa yakın bir çözeltide ısı alarak çözündüğünü varsayalım ve bu durumu aşağıdaki denge ile gösterelim. Le Chatelier Kuralı: Dengedeki bir sisteme dışarıdan bir etkide bulunulduğunda, sistem bu etkiyi azaltıcı yönde yeni bir denge hali oluşturur. Enerji + Çözünen + H 2 O Doymuş çözelti Bu sistemin sıcaklığı yükseltilirse; Le Chatelier Kuralına göre denge sağa kayarak bu etkiyi karşılar. Bunun anlamı da daha fazla maddenin çözünmesidir. Buradan çözünme olayının ısı gerektirdiği durumda sıcaklığın yükseltilmesinin, çözünürlüğü artıracağı sonucunu çıkarabiliriz. Örneğin endotermik olarak çözünen KCl 10 C'ta 100 g suda 31.0 g çözünürken, 50 C'ta 42.6 g çözünür. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 203 Doygunluğa yakın çözeltisinde dışarıya ısı vererek çözünen bir madde için aşağıdaki denge yazılabilir. Çözünen + H 2 O Doymuş çözelti + Enerji Bu sistemin sıcaklığı artırılırsa, Le Chatelier Kuralına göre çözünürlük azalır. Birkaç iyonik bileşik bu şekilde davranır. Örneğin Li 2 CO 3 10 C sıcaklıkta 100 g suda 0.23 g çözünürken 50 C'ta ancak 0.08 g çözünür. Diğer taraftan gazlar, sıvılarda dışarıya ısı vererek çözünürler. Çünkü gaz moleküllerini birbirinden ayırmak için enerji gerekmez, bu nedenle gazların sıvılarda çözünmesi ekzotermik bir süreçtir ve sıcaklık artması ile gazların çözünürlükleri azalır. Örneğin oksijen gazının bir litre sudaki çözünürlüğü 25 C de 0,03 g iken 50 C'da 0.0041 grama düşmektedir. Görüldüğü gibi sıcaklığın artması ile oksijenin çözünürlüğü azalmaktadır. Ayrıca ısıtılan sudan hava kabarcıklarının çıkması, gazların çözünürlüklerinin sıcaklık arttıkça azalmasına bir örnektir. 5.3. Basınç Katı ve sıvı maddelerin çözünürlüklerine basıncın etkisi çok azdır. Fakat bir gazın bir sıvı içersindeki çözünürlüğüne belirli bir etkisi vardır. Bütün gazların çözünürlüğü, çözelti üstündeki gazın kısmi basıncı büyüdükçe artar. Bu durum Henry Yasası ile ifade edilir. Buna göre; "belirli miktar sıvıda sabit sıcaklıkta çözünmüş gaz miktarı, gazın çözelti üzerindeki kısmi basıncı ile doğru orantılıdır". Henry Yasasının pratik uygulaması meşrubatlarda gözlenebilir. Bu içecekler yüksek basınç altında CO 2 gazının çözünmesiyle şişelenir. Şişenin kapağı açıldığında basınç atmosfer basıncına düşer ve çözünmüş olan CO 2 gazının bir miktarı kabarcıklar oluşturarak çözeltiden uzaklaşır ve köpük oluşturur. Diğer taraftan bazı gazların sudaki çözünürlükleri aşırı derecede olabilir. Aşırı derecede çözünen gazlar genellikle çözücü ile reaksiyona girerler. Örneğin hidrojen klorür gazı su ile reaksiyona girer. Sıvı fazda iyonlaşan ya da reaksiyon veren gazlara Henry Yasası uygulanamaz. Bu yasanın uygulanabilmesi için, moleküllerin hem gaz halinde, hem de çözeltide aynı olmaları (değişmemeleri) gerekir. Henry Yasası ile seyreltik çözeltiler ve düşük basınçlarda gazların çözünürlükleri belirlenir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

204 ÇÖZELTİ LER 6. Çözelti Derişim Birimleri Bir çözücü veya çözeltide bulunan çözünen miktarını bilmek önemlidir. Örneğin reaksiyona giren maddeler çözelti halinde ise, bazı durumlarda her maddeden ne kadar alındığının bilinmesi gerekebilir. Belirli bir miktar çözelti veya çözücü içerisinde bulunan çözünmüş madde miktarının ölçüsü derişim olarak tanımlanır. Bir çözeltide çözünen madde miktarı; kütle, hacim, mol terimlerini içeren çeşitli derişim birimleri ile belirtilir. Burada en çok kullanılan derişim birimlerinden yüzde derişim, mol kesri, molarite ve molalite görülecektir. Yüzde Derişim Yüzde derişim, "çözünen maddenin çözelti içersindeki yüzdesini" belirtir. Bu derişim birimi değişik anlamlarda kullanılabildiğinden, kütle yüzdesi, hacim yüzdesi ve kütle/hacim yüzdesi gibi terimlerle açıkça belirtilmesi gerekir. (i) Kütle Yüzdesi Çözünen madde kütlesinin çözeltinin kütlesine oranının 100 katına "kütle yüzdesi" denir. Kütle yüzdesinin birimi yoktur ve şu eşitliklerle ifade edilebilir. Çözünenin kütlesi Kütle Yüzdesi = Çözünenin kütlesi + Çözücünün kütlesi 100 Çözünenin kütlesi = Çözeltinin kütlesi 100 Burada çözeltinin toplam kütlesinin, çözünen maddenin kütlesi ile çözücünün kütlesinin toplamı olduğuna dikkat edilmelidir. Örneğin 10 g NaCl, 90 g suda çözüldüğünde kütlece % 10 NaCl içeren bir çözelti hazırlanmış olur. Çözümlü Soru 1 0,892 g Potasyum klorür (KCl), 54,6 g suda çözüldüğünde, KCl'ün kütlece yüzdesi nedir? Cevap 0,892 g KCl 'ün Kütle Yüzdesi = 0,892 g + 54.6 g 100 = 1.61 ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 205 (ii) Hacim Yüzdesi Kütle yüzdesinin benzeri olup, kütle yüzdesinde yer alan kütle yerine, çözünen maddenin ve çözeltinin hacmi kullanılır. Hacim yüzdesi; çözünen maddenin hacmi, çözeltinin toplam hacmine oranının 100'le çarpımı ile hesaplanır ve aşağıdaki eşitlikle ifade edilebilir. Çözünenin hacmi Hacim yüzdesi = Çözeltinin hacmi 100 Bu derişim ifadesi, sıvı hacmi daha kolay ölçülebildiğinden, sıvı-sıvı çözeltileri hazırlanmasında kullanılır. Örneğin hacimce % 25 metil alkol içeren bir su-metil alkol çözeltisi demek, bu çözeltinin 100 ml'sinde 25 ml metil alkol ve 75 ml su var demektir. (iii) Kütle/Hacim Yüzdesi Bu derişim birimi ise çözünen kütlesinin çözeltinin hacmine oranının 100'le çarpılması ile hesaplanır ve aşağıdaki eşitlikle ifade edilebilir. Çözünenin kütlesi Kütle /Hacim yüzdesi = Çözeltinin kütlesi 100 Katı maddelerin sudaki çözeltileri için bu derişim ifadesi kullanılır. Örneğin 100 ml çözeltide 10 g NaCl içeren sulu çözeltinin derişimi % 10 NaCl (kütle/hacim) dir. (iv) Mol Kesri Bütün çözelti bileşenlerinin mol temeline dayalı bir birimle ifade edilmesine gereksinim duyulduğunda, çözelti derişimi mol kesri ile ifade edilir. Bir çözeltideki bir bileşenin mol sayısının, çözeltideki bütün maddelerin mol sayıları toplamına oranı o bileşenin "mol kesri" olarak tanımlanır. Bir A bileşenin mol kesri X A, A, B, C,... bileşenlerinden oluşan bir çözeltide aşağıdaki eşitlik ile belirtilebilir. Burada X A, A'nın mol kesri olup, n A, n B, n C,... ise A, B, C... maddelerinin mol sayılarıdır. Bir çözeltide mol kesirleri toplamı daima 1'dir ve n A A Bile şenin mol kesri, X A = n A + n B + n C +... x A + x B + x C +... = 1 olarak ifade edilir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

206 ÇÖZELTİ LER (v) Molarite Molarite, bir litre çözeltide çözünenin mol sayısıdır. Buna göre bir çözeltinin molaritesi, çözünenin mol sayısının, litre cinsinden çözeltinin hacmine oranı olup Çözünenin mol sayısı Molarite = Çözeltinin hacmi = n (mol ) V (L) şeklinde ifade edilir. Burada n, çözünenin mol sayısı, V ise çözeltinin hacmidir. Molarite tanımının, çözücü hacmine göre değil, çözeltinin toplam hacmine göre verildiğine dikkat edilmelidir. Molaritenin birimi mol /L olup M simgesi ile 1M = mol/ L şeklinde gösterilir ve "molar" olarak adlandırılır. Örneğin 1 mol sodyum klorür (NaCl: 58,5 g/mol), sulu çözeltinin bir litresinde çözünmüşse, çözeltinin molarite olarak derişimi 1,00 mol NaCl 1,00 L çözelti = 1,00 M NaCl Şekil 11.4: Verilen Molaritede Bir Çözeltinin Hazırlanması. Gereken çözünen miktarları tartılır ve hacmi belli balona, (balon jojeye) konur ve az miktarda çözücü eklenerek karıştırılır ve çözünmesi sağlanır, ardından balon jojenin ayar çizgisine kadar çözücü ile tamamlanır. olur ve bu çözelti "1,00 molar sodyum klorür çözeltisi" olarak belirtilir. Bu çözeltiyi hazırlamak için 58,5 g NaCl tartılıp bir litrelik balon jojeye (ölçülü balona, Şekil 11.4) konur. Bir miktar suda çözüldükten sonra balon jojenin boynundaki ayar çizgisine kadar su katılır ve kapağı kapatılarak iyice karıştırılır. Şüphesiz her zaman tam olarak bir litre çözelti hazırlanması gerekmiyebilir. İstenen hacimde çözelti hazırlamak için, istenen hacme uygun balon joje seçilir ve çözünen miktarı hesaplanarak çözelti hazırlanır. Çözümlü Soru 2 Kütlesi 24,3 g olan sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) bir miktar suda çözüldükten sonra hacmi su ile 250 ml'ye tamamlanıyor. Çözeltinin molaritesi nedir? Cevap Molarite, çözünenin mol sayısının, litre cinsinden hacme oranı olduğuna göre, önce çözünenin mol sayısını bulalım ve ardından bu değeri çözelti hacmine (litre cinsinden) bölelim. Sodyum sülfatın (Na 2 SO 4 ) mol kütlesi, 142,1 g/mol olduğuna göre, 24,3 g Na 2 SO 4 'ı n mol sayısı = 142,1 g /mol =0,171 mol ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 207 olarak bulunur. Çözelti hacmi 250 ml (0,250 L) olduğundan, 0,171 mol Molarite = = 0,684 mol/l 0,250 L bulunur. Hazırlanan bu çözeltiye "0,684 M Na 2 SO 4 çözeltisi" denir. Bir çözeltinin molaritesi biliniyorsa; belli bir hacimde çözünmüş maddenin mol sayısı M (mol/l) = n (mol ) V (L) temel eşitliği, şeklinde düzenlenerek hesaplanabilir. n = M x V Ayrıca çözünenin belli bir mol sayısı için alınması gereken çözelti hacmi de eşitliği ile bulunabilir. V = n M Madde miktarlarını mol olarak ölçemediğimizden, mol sayısını ölçülebilen başka miktarlarla ilişkilendirilmesi gerektiğini biliyoruz. Çözümlü soru 3'de, molaritesi bilinen bir çözeltide çözünenin kütlesinin hesaplanması ve çözünen maddenin yoğunluğu bilinen bir sıvı olması durumunda gerekli çözünen hacminin hesaplanmasına ilişkin örnek verilmektedir. Çözümlü Soru 3 a) 100,0 ml 3,0 M nitrik asit (HNO 3 ) çözeltisi hazırlamak için kaç gram derişik HNO 3 gereklidir? Derişik nitrik asit kütlece %70'liktir (Kütlece %70'lik derişik HNO 3 ; 100 g derişik HNO 3 'te 10,0 g HNO 3 bulunuyor anlamındadır). b) Derişik HNO 3 'in yoğunluğu 1,42 g/ml ise yukarıdaki çözeltiyi hazırlamak için kaç ml derişik HNO 3 gereklidir? Cevap a) Önce 100,0 ml hacmindeki 3,0 M çözeltinin mol sayısını hesaplayalım, ardından HNO 3 'in mol kütlesini ve derişik asidin kütlece yüzdesini kullanarak, gram miktarını bulalım. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

208 ÇÖZELTİ LER 100,0 ml çözeltideki HNO 3 'in mol sayısı = (3,0 mol/l) x (0,100 L) = 0,3 mol HNO 3 'in mol kütlesi 63,0 g/mol olduğuna göre, bulunan mol sayısını kütleye çevirelim. Ancak burada hesaplanan kütle saf HNO 3 'in kütlesi olacaktır. Problemde %70'lik derişik HNO 3 'ten kaç gram gerektiği sorulmaktadır. Bunun için 100 g derişik HNO 3 'te 70 g saf HNO 3 bulunduğu göz önünde bulundurularak aşağıdaki gibi hesaplama yapılır. Derişik HNO 3 'in gram miktarı = (0,3 mol) x (63,0 g/mol) x 100,0 g der. HNO 3 70,0 g HNO 3 = 27,0 g HNO 3 100,0 ml 3,0 M HNO 3 çözeltisi hazırlamak için 27,0 g derişik HNO 3 çözeltisi gereklidir. b) (a) Şıkkında bulunan gram miktarını ml derişik HNO 3 'e dönüştürmek için derişik asidin yoğunluğunu kullanmak gerekir. Bilindiği gibi yoğunluk birim hacimdeki kütle miktarıdır. Buna göre derişik asidin 1 ml'si 1,42 g ise, 27,0 g derişik HNO 3 'in ml miktarı aşağıdaki gibi hesaplanır. Derişik HNO 3 'in ml miktarı = 27,0 g der.hno 3 x 1,00 ml der. HNO 3 1,42 g der. HNO 3 = 19,0 ml der. HNO 3 100,0 ml 3,0 M HNO 3 çözeltisi hazırlamak için der. HNO 3 çözeltisinden 19,0 ml almak gerekir. Laboratuvarlarda, çözeltiler genellikle derişik hazır çözeltilerden hazırlanırlar. Bu hazır derişik çözeltilerden, daha az derişik veya seyreltik çözeltiler hazırlamak oldukça kolaydır. Bunun için alınan derişik bir çözelti örneğine yeterli miktarda saf su ilave edilir. Bu nedenle alınan derişik çözeltideki çözünen madde miktarının, hazırlanan seyreltik çözeltide de aynen bulunacağı unutulmamalıdır. O halde seyreltme çözücü ekleyerek çözelti derişimini düşürme demektir. Bir çözeltiye çözücünün fazlası eklenirken, çözünenin mol sayısı değişmez, seyreltme sonunda sadece çözünenin kapladığı hacim değişir. O halde çözelti seyreltiğinde son (s) ve ilk (i) çözeltideki çözünen madde miktarı sabit kalacağından, n i = n s M i V i = M s V s yazılabilir. Yani, hazırlanan son çözeltideki mol sayısı, n s (sağdaki çarpım) ilk çözeltiden alınan kısımdaki mol sayısına, n i (soldaki çarpım) eşittir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 209 Çözümlü Soru 4 500 ml 2,0 M amonyak (NH 3 ) çözeltisi hazırlamak için, 14,8 M derişik amonyak çözeltisinden gereken hacmi hesaplayınız. Cevap Çözüm için aşağıdaki eşitlik kullanılır, M i V i = M s V s (14,8 mol/l) x V i = (2,0 mol/l) x (0,500 L) V i = 6,76 x 10-2 L = 67,6 ml V i olarak bulunur. Buna göre ilk çözelti yani derişik 14,8 M NH 3 çözeltisinden 67,6 ml alıp hacim su ile 500 ml'ye tamamlanırsa hazırlanan son çözelti 2,0 M NH 3 çözeltisidir. (vi) Molalite Molalite, 1 kg çözücüde (çözeltide değil) çözünen maddenin mol sayısı olarak tanımlanır. Molalite veya molal derişim "m" ile gösterilir ve aşağıdaki gibi ifade edilebilir. Çözünenin mol sayısı Molalite = Çözücünün kütlesi (kg) Molalitenin tanımı çözeltinin toplam hacmine bağlı olmadığından, molal çözeltilerde son hacim önemli değildir. Örneğin 1,00 kg suda 1,00 mol NaCl çözündüğü zaman elde edilen NaCl çözeltisinin molalitesi 1,00'dir ve "1,0 m NaCl çözeltisi" şeklinde belirtilir. Molal çözeltiler, bileşenlerinin kütlelerine göre hazırlandığından ve kütle sıcaklığa bağlı olmadığından verilen bir çözeltinin molalitesi sıcaklıkla değişmez. Molaliteleri eşit olan çözeltilerdeki maddelerin çözücüleri aynı ise çözünen maddelerin mol kesirleri de eşit olur. Çözümlü Soru 5 0,200 m KNO 3 çözeltisi hazırlamak için 250 g suya kaç gram KNO 3 eklemek gerekir? AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

210 ÇÖZELTİ LER Cevap Öncelikle gereken KNO 3 'ın mol sayısının hesaplanması gerekir. Bulunan mol sayısı, KNO 3 'ın mol kütlesi (101,1 g/mol) ile çarpılarak gerekli gram miktarı aşağıdaki şekilde hesaplanır. KNO 3 'ı n gram miktarı = (0,200 mol/kg) x (0,250 kg) x (101,1 g/mol) = 5,06 g 7. Çözeltilerin Özellikleri 7.1. Çözeltilerin Buhar Basıncı Sıvısı ile dinamik dengede bulunan buharın yaptığı basınca buhar basıncı dendiği sıvılar konusunda belirtilmişti. Sıvıların buhar basıncından söz edildiği gibi çözeltilerin de buhar basıncından söz edilebilir. Herhangi bir çözeltinin buhar basıncı (P toplam ), çözeltiyi oluşturan bileşenlerin kısmi buhar basınçlarının (P A, P B,...) toplamına eşittir ve n bileşenli bir çözeltinin toplam buhar basıncı, aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. P toplam = P A + P B +... P n Çözeltiyi oluşturan A ve B bileşenlerinin kendi aralarındaki etkileşimleri birbirleri arasındaki etkileşimlere benziyorsa ideal çözelti oluştururlar. Aksi durumda ise çözeltiler ideallikten saparlar. Çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli bir ideal çözeltide, A çözücüsünün kısmi buhar basıncı, (P A ), verilen bir sıcaklıkta saf çözücünün buhar basıncı (P A 0 ), ile çözücünün çözeltideki mol kesrinin X A, çarpımına eşittir ve aşağıdaki eşitlik ile belirtilir. P A = X A P A 0 Bu bağıntı, 1886'da F. Raoult tarafından, bir çözünenin, çözücünün buhar basıncını düşürdüğünü saptaması ile önerilmiş olup "Raoult Yasası" olarak bilinir. Seyreltik çözeltiler ideal olup, Raoult Yasasına uyarlar. İki bileşenli bir çözeltide, A ve B bileşenlerinin mol kesirleri toplamı X A + X B = 1 olduğundan X A = 1 - X B 'dir ve X A 'nın değeri 1'den küçüktür. Bu nedenle 1'den küçük X A ile P A 0 'ın çarpımına eşit P A 'nın değeri, P A 0 değerinden küçüktür. O halde yukarıda verilen P A = X A P A 0 eşitliği Raoult Yasasının matematiksel bir ifadesidir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 211 Benzer şekilde B bileşeni için kısmı buhar basıncı, aşağıdaki eşitlik ile belirtilir. P B = X B P B 0 İki bileşenli çözeltinin buhar basıncı bu iki kısmî buhar basıncının toplamı olup, bu durum matematiksel olarak, aşağıdaki eşitlik ile belirtilir. P toplam = X A P A 0 + X B P B 0 Buna göre, ideal bir çözeltinin buhar basıncı, bileşenlerin mol kesirleri dikkate alınarak, saf haldeki buhar basınçlarından hesaplanabilir. Çözümlü Soru 6 25 C'da saf benzenin buhar basıncı 95,1 mmhg, saf toluenin buhar basıncı ise 28,4 mmhg'dır. Benzenin mol kesri 0,39, toluenin mol kesri 0,61 olduğu bir çözelti hazırlanıyor. Bu çözeltide benzen ve toluenin kısmî basınçları nedir? Toplam buhar basıncı nedir? Çözelti ile dengede olan buharın bileşimi nedir? Cevap Raoult Yasasını çözelti bileşenlerine uygulayalım. P benz = X benz P 0 benz = 0,39 x 95,1 mmhg = 37,09 mmhg P tolu = X tolu P 0 tolu = 0,61 x 28,4 mmhg = 17,32 mmhg P toplam = P benz + P tolu = 37,09 mmhg + 17,32 mmhg = 54,41 mmhg Bileşenlerin buhar fazındaki mol kesirleri, her bir kısmî basınçların, toplam basınca oranıdır. buna göre buharın mol kesri bileşimi, olarak bulunur. X benz = P benz P top 37,09 mmhg = 54,41 mmhg = 0,682 X benz = P tolu 17,32 mmhg = P top 54,41 mmhg = 0,318 7.2. Çözeltilerin Kaynama ve Donma Noktaları Bilindiği gibi bir sıvının buhar basıncının, dış atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklık "kaynama noktası", 1 atmosfer basınç altında ölçülen kaynama noktası "normal kaynama noktası" olarak tanımlanır. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

212 ÇÖZELTİ LER 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. Bu etki çözeltilerde "kaynama noktası yükselmesi" olarak belirtilir. Kaynama noktası yükselmesi, çözeltideki çözünenin derişimi ile orantılı olup aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir: T b = K b m Otomobil radyatörlerinde kullanılan antifiriz %40 lık etilen glikol (C 2 H 6 O 2 ) çözeltisi olup, suyun donma noktasını -20 C'a kadar düşürür. Burada " T b ", kaynama noktası yükselmesi, "m" çözelti molalitesi (derişim birimi olarak mol kesri de bu eşitlikte kullanılabilmektedir). "K b ", çözücünün molal kaynama noktası yükselmesi sabitidir. K b 'nin değeri çözücünün cinsine bağlı olup, çözünen maddeye bağlı değildir. Örneğin H 2 O için K b değeri 0,512 C/m iken benzen için 2,53 C/m, etil alkol için 1,22 C/m, karbon tetraklorür için 5,02 C/m, kloroform için 3,63 C/m'dir. Buhar basıncı alçalması, kaynama noktası yükselmesini kontrol ettiği gibi, donma noktası alçalmasını da kontrol eder. Bir çözücü donduğunda, sıvı ve katı hali arasında bir denge vardır ve dolayısıyla sıvı çözücünün buhar basıncı ile katı çözücünün buhar basınçları birbirine eşit olmalıdır. Ancak çözeltilerde çözünenin etkisi ile buhar basıncı azaldığından çözeltide katı çözücü ile sıvı çözücünün dengede olabilmesi için gereken sıcaklık azalır. Bu nedenle çözeltinin donma noktası, saf çözücününkünden daha düşüktür. Donma noktası alçalması da, kaynama noktası yükselmesinde olduğu gibi çözelti derişimine ve çözücüye bağlı olup benzer şekilde aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir: T f = K f m Burada " T f " donma noktası alçalması, "m", çözeltinin molalitesi, "K f " çözücünün donma noktası alçalması sabitidir. K b gibi K f de çözücünün cinsine bağlıdır. Örneğin su için K f değeri -1,86 C/m, benzen için -5,12 C/m, etil alkol için -1,99 C/m, karbon tetraklorür için -29,8 C/m dir. Yukarıda verilen eşitlik, katı çözelti oluşması halinde geçerli değildir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 213 Çözümlü Soru 7 1000 gram suda 90 gram glikoz (C 6 H 12 O 6 ) çözülerek hazırlanan çözeltinin kaynama ve donma noktaları nedir? (Glikozun mol kütlesi, 180 g/mol'dür). Cevap Çözeltinin molalitesi 1000 g suda çözünmüş glikozun mol sayısına eşittir. 90 g C Glikozun mol sayısı = 6 H 12 O 6 180 g/mol C 6 H 12 O 6 = 0,5 mol C 6 H 12 O 6 Sulu çözeltilerin molal kaynama noktası yükselmesi sabiti 0,512 C/m dir. Buna göre, T b = m K b = (0,5 m) (0,512 C/m) = 0,256 C Suyun normal kaynama noktası 100,0 C'dır. Buna göre çözeltinin kaynama noktası; 100,0 + 0,256 = 100,256 C'dır. Sulu çözeltilerin molal donma noktası düşmesi sabiti -1,86 C/m olduğuna göre, T f = m K f = (0,5 m) (-1,86 C/m) = -0,93 C suyun normal donma noktası 0,0 C olduğundan çözeltinin donma noktası olarak bulunur. 0,0 C - 0,93 C = -0,93 C 7.3. Osmotik Basınç Buhar basıncı düşmesinin diğer bir sonucu da osmotik basınçtır. Osmos olayı, çözünen taneciklerinin geçemediği sellofan veya parşömen gibi "yarı geçirgen bir zardan çözücü moleküllerinin difüzyonu" olarak açıklanabilir. Osmos olayı, böbreklerin çalışması, bitkilerde suyun yükselmesi vb. gibi canlı olaylarında çok önemlidir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

214 ÇÖZELTİ LER Şekil 11.5: Osmotik basınç (a) Başlangıçta çözücü ve çözelti seviyeleri eşit (b) Osmos sırasında, çözücünün soldaki bölmeden sağdaki bölmeye hareketi ile çözelti seviyesi yükselir. Şekil 11.5'te görülen düzenekte, soldaki bölmede çözücü, sağdaki bölmede ise çözelti bulunmaktadır. İki bölme, çözücü moleküllerini geçiren fakat çözünen moleküllerini geçirmeyen yarıgeçirgen bir zarla ayrılmıştır. Başlangıçta her iki bölmede de sıvı seviyeleri eşittir (11.5 (a)). Bir süre sonra sağdaki tüpte sıvı seviyesinde yükselme başlar ve bu yükselme denge kurulana dek sürer. Çözücü moleküllerinin yarıgeçirgen zardan geçerek, saf çözücüden (veya seyreltik çözeltiden) çözeltiye (veya daha derişik çözeltiye) hareketi "osmos" olarak adlandırılır. Tüpteki bu sıvının hidrostatik basıncına "osmotik basınç" denir. Bir çözeltinin osmotik basıncı, saf çözücüden çözeltiye osmosu durdurmak için gereken basınçtır. Şekil 11.5 (b) de görüldüğü gibi bu basınç direkt olarak iki sıvı seviyesi arasındaki farktan ölçülebilir. Çok seyreltik, uçucu ve elektrolit olmayan çözeltilerin osmotik basıncı π = n V RT bağıntısı ile hesaplanır. Burada "π", osmotik basıncı (atm. olarak) R (0,08206 Latm mol -1 K -1 ) gaz sabitini, T (Kelvin olarak) sıcaklığı, "n" çözünenin mol sayısını, "V" çözeltinin hacmini belirtir. Osmotik basınç, osmos sırasında derişik çözeltiden, çözücü akışını durdurmak için gereken basınç olup, sadece çözünen taneciklerinin sayısına bağlıdır. Çözümlü Soru 8 100,0 ml'sinde 2,16 g protein bulunan bir çözeltinin 298 K'deki osmotik basıncını hesaplayınız. (Protein'in mol kütlesi 6,86 x 10 4 g/mol dür) Cevap Osmotik basınç için verilen eşitlikte değerler yerine konulursa, ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 215 2,16 g π = n V RT = 6,86 x 10 4 g/mol 0,1 L x 0,08206 L atm mol -1 K -1 x 298 K π = 7,70 x 10-3 atm. Çözeltilerin buhar basıncı, donma noktası alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve osmotik basınç gibi özellikler çözeltide bulunan iyon ve moleküllerin sadece sayısına bağlıdır. Çözeltilerin bu özellikleri "koligatif özellikler" olarak adlandırılır. 8. Elektrolit Çözeltiler Bir çözeltide çözünen madde, iyonlar veya moleküller halinde bulunabilir. İyonik bileşikler suda iyonlarına ayrışarak çözündüklerinden yüklü tanecikler oluştururlar ve elektrik akımını iletirler. Bilindiği gibi saf su çok az iyonlaşır ve elektriği çok az iletir. 2H 2 O H 3 O + (sulu) + OH - (sulu) Elektriği saf sudan daha iyi ileten bir maddenin sulu çözeltisi elektrolit olarak adlandırılır. Elektrolit çözeltileri genellikle, sodyum klorür ve potasyum nitrat gibi iyonik bileşiklerin sulu çözeltileridir. Elektrolit çözeltilere ilişkin temel noktalar şöyle özetlenebilir: Kuvvetli elektrolit çözeltisinde, çözünen madde tamamen iyonlarına ayrışır ve bu tür çözeltiler elektriği iyi iletirler. Zayıf elektrolit çözeltisinde, çözünen madde kısmen iyonlarına ayrışır ve bazı moleküller hala moleküler haldedir. Örneğin asetik asitin (CH 3 COOH) sulu çözeltisinde, CH 3 COOH (sulu) CH 3 COO - (sulu) + H + (sulu) çok az miktarda asetat (CH 3 COO - ) ve hidrojen iyonları oluşur ve elektriği az iletir. Kovalent bağlı bileşikler, suda moleküler olarak çözündüklerinden çözücünün iletkenliğini artırmazlar ve bu tür çözeltiler "elektrolit olmayan çözeltiler" olarak adlandırılırlar. Örneğin şeker suda moleküler halde çözündüğünden, şekerli su elektriği iletmez. Elektrolit çözeltilerin, kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması miktarları, aynı derişimde elektrolit olmayan çözeltilerinkinden farklıdır. Örneğin 0,01 m'lık bir sulu çözelti için beklenen donma noktası alçalması T f = K f m = 1,86 C/m x 0,01 m = 0,0186 C'dır. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

216 ÇÖZELTİ LER olarak bulunur. Söz konusu çözelti 0,01 m şeker çözeltisi ise donma noktası -0,0186 C, fakat çözelti 0,01 m NaCl çözeltisi ise donma noktası - 0,0361 C ölçülecektir. Bu duruma ilişkin Van't Hoff faktörü, "i" tanımlanmıştır. Buna göre, bir çözünenin ölçülen tanecik özelliğinin değeri, beklenen (hesaplanan) değere bölünerek i faktörü bulunur. Örneğin 0,01 m NaCl çözeltisi için i faktörü aşağıdaki gibi hesaplanır. i = Ölçülen T f 0,0361 C = Beklenen T f 1,86 C/m x 0,01 m = 1,94 Benzer bağıntı kaynama noktası yükselmesi miktarı içinde yazılabilir: i = Ölçülen T b Beklenen T b = Ölçülen T b m K b Van't Hoff faktörü, (i), farklı çözünenler için farklı değere sahiptir. Örneğin şeker, üre, gliserin gibi elektrolit olmayan çözünenler için i = 1'dir. Kuvvetli elektrolit çözünen içeren çözeltilerde ise durum farklıdır. Örneğin NaCl, (Na + ve Cl - ) bir molekülden iki iyon oluşması nedeniyle, NaCl'ün 1 m çözeltisindeki donma noktası alçalması miktarı, elektrolit olmayan bir maddenin 1 m çözeltisininkinin iki katı olması beklenir ve i = 2 kabul edilebilir. Benzer şekilde K 2 SO 4, MgCl 2 için i = 3 olmalıdır ve bu çözeltilerin donma noktası düşmesi miktarının, ayrışmayan bir çözünen içeren aynı derişimdeki bir çözeltisinin üç katı olması beklenir. Çözeltilerin özelliklerinde verilen T b = m K b, T f = m K f, π = n eşitlikleri, çözünen maddenin ayrışmadığı (i = 1) kabul edilerek çıkarılmıştır. Çö- V RT zünen madde ayrıştığı zaman (elektrolit çözeltilerde) bu eşitlikler, aşağıdaki gibi yazılmalıdır. T b = i x K b x m T f = i x K f x m π = i x n V RT Donma noktası tayinlerinden türetilen değişik kuvvetli elektrolit çözeltiler için Van't Hoff faktörü i, değerleri incelendiğinde, kuvvetli elektrolitlerin her birinin formül birimi başına iyon sayılarının, söz konusu i değerlerine tam olarak eşit olmadığı görülmüştür. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 217 Örneğin 0,001 m çözeltiler için NaCl, K 2 SO 4 ve K 3 [Fe (CN) 6 ] 'in "i" değerleri sırası ile 1,97 (2 değil), 2,84 (3 değil) ve 3,82 (4 değil) dir. Çözelti sonsuz seyreltiğinde ise, söz konusu i değerleri sırasıyla 2,3 ve 4 sınır değerlerine ulaşır. 1923 yılında Peter Debye ve Erich Hückel tarafından elektrolit çözeltilerle ilgili yeni bir kuram önerilerek bu güçlükler çözülebilmiştir. Bu kurama göre, elektrolit çözeltilerinde iyonlar arasında çekim kuvvetleri bulunduğundan, iyonlar birbirinden bağımsız hareket edemezler. Her artı yüklü iyon, eksi yüklü iyonlardan bir kıskaçla çevrilir, eksi iyon da aynı şekilde artı iyonların oluşturduğu halka ile çevrilir ve iyonların elektriksel alandaki hareketleri azalır. Böylece zıt yüklü iyonlar arasında etkili olan elektriksel kuvvetler bu iyonların etkinliğini azaltır. Böylece 0,001 m NaCl'ün i değerinin 2 yerine 1,94 olması açıklanabilmektedir. Bir çözelti seyreldikçe iyonlar arası ortalama uzaklık artacağından karşılıklı etkileşme azalır ve i değeri kendi limit değerine ulaşır. Bu nedenle seyreltik çözeltilerde iyonların birbirinden bağımsız davrandıkları kabul edilir. İyonlar arası etkileşimler nedeni ile çözeltilerin iyonik derişimleri daima gerçek değerden azdır. Bu nedenle "etkin derişim" olarak bilinen "aktivite" kavramı tanımlanmıştır. Buna göre aktivite, (a), aşağıdaki eşitlik ile ifade edilir. a = γ c Burada "c" gerçek derişim, "γ" aktivite katsayısıdır. Etkin derişim, gerçek derişimden, iyonik etkileşimler nedeni ile daima küçüktür. Aktivite katsayısı da birden küçüktür ve çözeltinin derişimi azalırken 1'e yaklaşır. Özet Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımı olup, en az iki bileşenden oluşur. Bileşenlerden miktarı az olana "çözünen", fazla olanına "çözücü" denir. Çözünme olayı, çözücü ve çözünenin homojen olarak karışması ile gerçekleşir. Herhangi bir sıcaklıkta belirli miktar çözücüde çözünebilen madde miktarına, o maddenin o koşullardaki "çözünürlüğü" adı verilir. Doymuş çözelti, çözünenin fazlası ile dengede kalabilen çözeltidir. Doymuş çözelti için verilen çözünürlük değerinden daha az miktarda madde bulunduran çözeltiler "doymamış çözelti" olarak adlandırılır. Eğer bir çözücü verilen koşullarda çözebileceği miktarlardan fazla madde çözmüş ise bu tür çözeltiler "aşırı doymuş çözeltiler" olarak tanımlanır. Bir çözücüde bir maddenin çözünürlüğü, çözücü ve çözünenin türüne, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

218 ÇÖZELTİ LER Belirli bir miktar çözelti veya çözücü içerisinde bulunan çözünmüş madde miktarının ölçüsü "derişim" olarak tanımlanır. En çok kullanılan derişim birimleri, yüzde derişim, mol kesri, molarite ve molalitedir. Çözeltilerin buhar basıncı, donma noktası alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve osmotik basınç gibi özellikleri, çözeltide bulunan iyon ve moleküllerin sadece sayısına bağlıdır. Çözeltilerin bu özellikleri "koligatif özellikler "olarak bilinirler. Elektriği saf sudan daha iyi ileten bir maddenin sulu çözeltisi "elektrolit "olarak adlandırılır. Elektrolit çözeltilerin kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması miktarları, aynı derişimdeki elektrolit olmayan çözeltilerinkinden farklıdır. Değerlendirme Soruları Aşağıdaki soruların yanıtlarını seçenekler arasından bulunuz. 1. Aşağıdakilerden hangisinde verilen maddelerle çözelti elde edilemez? A. Sirke, limon suyu B. Su, alkol C. Su, amonyak D. Su, zeytinyağı E. Sirke, tuz 2. 40 gram şeker ve 360 g su kullanılarak hazırlanan bir çözelti % kaçlık olur? A. 4 B. 8 C. 10 D. 20 E. 40 3. 25 C de 100 g suda 92 g NaOH çözünebildiğine göre bu sıcaklıkta doymuş çözeltideki NaOH miktarı % kaçtır? A. 92 B. 47,9 C. 23,5 D. 12 E. 6 4. 50,0 ml 0,8 M NaOH çözeltisinde kaç mol NaOH formül birimi bulunur? A. 4,0 x 10-2 mol B. 2,0 x 10-2 C. 0,5 x 10-3 D. 1 x 10-4 E. 0,5 x 10-5 ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

ÇÖZELTİ LER 219 5. 0,451 M etanol (C 2 H 5 OH) çözeltisinin kaç ml'sinde 3,84 x 10-2 mol etanol bulunur? A. 12,0 ml B. 18,5 ml C. 27,5 ml D. 38,9 ml E. 85,19 ml 6. Yoğunluğu 1,18 g/ml olan ve kütlece %37 HCl içeren derişik HCl'nin molaritesi nedir? A. 1,2 M B. 6,2 M C. 8,4 M D. 12 M E. 20 M 7. 1 molal NaCl ve 1 molal glukoz çözeltilerindeki bileşenlerin mol kesirleri nedir? A. 0,018 ve 0,018 B. 0,1 ve 0,3 C. 0,3 ve 0,1 D. 0,8 ve 0,16 E. 0,4 ve 0,8 8. 5,12 gram elektrolit olmayan naftalin (C 10 H 8 ), 100 gram CCl 4 'de çözündüğünde çözeltinin kaynama noktası 2 C yükselmektedir. Buna göre CCl 4 'ün kaynama noktası sabiti kaçtır? (C: 12, H: 1) A. 1,2 B. 1,86 C. 2,12 D. 5,0 E. 7,59 9. Mol kütlesi bilinmeyen bir maddenin 4 gramı 20 gram suda çözülüyor. Çözelti -1.22 C da donuyor. Buna göre çözünen maddenin mol kütlesi nedir? A. 10,5 B. 105 C. 215 D. 305 E. 412 10. Hemoglobinin kütlesi 6,86 x 10 4 akb'dir. 25 C taki osmotik basıncı 6,15 mmhg olan bir çözeltinin 100,0 ml'sinde kaç gram hemoglobin bulunmalıdır? A. 1,2 B. 2,2 C. 3,7 D. 8,2 E. 9,9 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

220 ÇÖZELTİ LER Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Atkins, P. - Jones, L. Temel Kimya, Bilim Yayıncılık, Ankara, 3 rd ed. New York: Freeman and Company, 1998. Chang, R. Chemistry, 4 th ed. USA: Mc Graw-Hill Inc, 1991. Mortimer, C. E., Modern Üniversite Kimyası, Çağlayan Kitapevi, İstanbul, 1993. Petrucci, R.H. and Harwood, W.S., Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara. Sarıkâhya, Y. - Sarıkâhya, F., Genel Kimya, Uğur Ofset Matbaası, İzmir, 1985. Sienko, M.J., Plane, R.A., Temel Kimya, Savaş Kitap ve Yayınevi, Ankara, 1983. Değerlendirme Sorularının Yanıtları 1. D 2. C 3. B 4. A 5. E 6. D 7. A 8. D 9. D 10. B ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ