Çözeltiler
ÇÖZELTİLER
Amaç
Çözeltiler deneyinde, çözünürlük ve çözünme hızını hangi faktörlerin
nasıl etkilediği, ayrıca bir çözücünün içine buharlaşmayan bir çözünen
eklendiğinde çözücünün kaynama noktasında ne gibi değişiklikler olduğu
incelenecektir.
Teori
Bir maddenin başka bir madde tanecikleri arasında, iyonlar ya da
moleküller halinde, homojen olarak dağılmasına çözünme denir. Bağıl
miktarları çözünürlük sınırına kadar değişebilen iki ya da daha çok
maddeden oluşan homojen karışıma çözelti denir. Çözeltiler özellik
olarak iki tür bileşen içerir;
Çözücü: Genellikle çözeltideki miktarı fazla olan bileşendir. İçindeki maddeyi homojen olarak dağıtır.
Çözünen (homojen dağılan): Çözücü dışındaki bileşendir.
mçözelti =mçözücü+mçözünen
Verilen bir çözelti için belirli miktar çözücüde çözünmüş madde
miktarına derişim (konsantrasyon) denir. Derişimin düşük olduğu
çözeltilere seyreltik çözeltiler, yüksek olduğu çözeltilere ise derişik
çözeltiler denir.
Çözelti Türleri
I. Çözücünün Haline Göre: Üç tür çözelti vardır. Her bir tür; içinde
çözünen maddenin haline göre, üç alt türe ayrılır. Böylece çözücü ve
çözünenin hallerine göre 9 tür çözelti oluşturulabilir.
II. Elektrik Akımı İletmelerine Göre: Çözeltiler elektrik akımını
iletip iletmeme durumuna göre, başlıca 2 gruba ayrılarak incelenirler.
Elektrik akımını ileten çözeltiler: Asit. Baz, tuz gibi maddeler suda
çözündüğünde iyon oluştururlar. Bu nedenle çözeltileri elektrik akımını
iletir. Elektrolit çözelti adını alırlar.
Elektrik akımını iletmeyen çözeltiler: Şeker, alkol gibi suda
moleküller halinde çözünen maddelerin sulu çözeltileri elektrik akımını
iletmezler.
III. Çözünen Madde Miktarına Göre:
Doymuş Çözeltiler: Belli bir sıcaklıkta birim hacim ya da, birim kütle
çözücü içinde çözünürlüğün belirlediği ölçüde çözünen içeren
çözeltilerdir. Aynı sıcaklıkta daha fazla madde çözmezler.
Aşırı doymuş çözeltiler: Belli bir sıcaklıkta içinde doymuş çözeltinin
çözdüğü çözünen madde miktarından daha fazla madde çözünmüş
çözeltilerdir. Kararsızdırlar. Bir miktar çözünen madde çökerek doymuş
çözelti haline gelirler.
Doymamış çözeltiler: Belli bir sıcaklıkta doymuş çözeltinin çözdüğü
maddeden daha az çözünen içeren çözeltilerdir. İstenildiğinde aynı
sıcaklıkta bir miktar madde daha çözerek doymuş çözelti haline
getirilebilirler.
Çözeltilerin Özellikleri
Buhar basıncı: Sabit sıcaklıkta sıvı – katı çözeltinin buhar basıncı, saf çözücüsünün buhar basıncından küçüktür.
Kaynama sıcaklığı: Çözeltinin kaynama sıcaklığı saf sıvı çözücüsünden
yüksektir. Kaynadıkça bir süre kaynama sıcaklığı yükselir, doygunluk
noktasında sabitleşir.
Grafiklerden görüldüğü gibi sulu çözelti saf sudan daha yüksek
sıcaklıkta kaynamaya başlamıştır. Bir süre kaynadıktan sonra doymuş
çözelti oluşur. Kaynama sıcaklığı sabitleşir.
Erime sıcaklığı: Bir katı çözeltinin erimeye başladığı sıcaklık, saf çözücüsünün erime sıcaklığından düşüktür.
Donma sıcaklığı: Sıvı bir çözeltinin donmaya başladığı sıcaklık, saf
çözücünün donma sıcaklığından düşüktür. (donma sıcaklığı düşmesi)
Çözünürlük
Bir maddenin, belli bir sıcaklıkta, bir sıvıdaki doymuş çözeltisinin derişimine, maddenin o sıvıdaki çözünürlüğü denir.
Belli bir sıcaklıkta bir litre doymuş sulu çözeltide çözünmüş maddenin mol sayısı molarite türünden çözünürlüğü verir.
Çözünürlük Dengesine Etki Eden Elementler
Sıcaklığın Etkisi: Maddelerin çözünürlüğüne sıcaklığın etkisi, doymuş
bir çözelti hazırlanırken alınan ya da verilen ısı miktarına bağlıdır.
Sistem üzerine sıcaklık değişiminin etkisi, Henri Le Chatelier
tarafından ortaya konulmuş kural yardımıyla incelenebilir. Bu kurala
göre, dengedeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında, sistem bu
etkiyi yok edecek şekilde yeni bir denge oluşturmaya çalışır. Çözünme
olayının ekzotermik ya da endotermik oluşuna göre farklılık gösterir.
Buna göre;
Ekzotemik çözünmelerde DHç < 0 tür. Bu nedenle sıcaklık artışı
dengeyi çökme lehine değiştirir. Le Chatelier kuralına göre, bu durumda
sıcaklık artarken çözünürlük azalır. Bu durum, sıvı içinde gaz
çözeltileri için geçerlidir.
Çözünen + H2O Doymuş çözelti + Enerji
Endotermik çözünmelerde DHç > 0 tür. Bu nedenle sıcaklık artışı
dengeyi çözünme lehine değiştirir. Isı alarak çözünen maddelerin
doygunluk civarında çözünürlükleri, sıcaklığın artmasıyla artar. Bu
sistemin sıcaklığı arttırılırsa Le Chatelier kuralına göre sistem,
sıcaklığını düşürecek şekilde sağa doğru kayar. Bunun anlamı ise, daha
fazla maddenin çözüneceğidir. Bu durum, çoğu iyonik bileşiklerin
çözeltileri için geçerlidir.
Enerji + Çözünen + H2O Doymuş çözelti
Çözücünün Türü: bir çözücü kendi yapısına benzer yapıdaki maddeyi daha
iyi çözer. Genellikle polar maddeler sadece polar çözücülerde, polar
olmayanlar (apolar) ise sadece polar olmayan çözücülerde çözünürler.
Bu, çözünürlüğün birinci kuralıdır ve şöyle özetlenebilir; ‘ benzer,
benzeri çözer.’
Örnek olarak;
I2(k) alkolde suda olduğundan daha çok çözünür.
I2(k) + Alkol I2 (alkolde)
NaCl(k) suda çok fazla, alkolde ise çok az çözünür.
NaCl(k) + Su Na+(suda) + Cl-(suda)
Ortak İyon Etkisi: Az çözünen bir maddenin, içerdiği iyonlardan birini
bulunduran (ortak iyon) bir çözeltide çözünürlüğü daha da azaltır.
Ortak iyon denge sisteminde derişim artışı etkisine neden olur. Denge
çökme lehine bozulur. Ortak iyon içeren çözeltilerde çözünürlük azalır.
Basınç Etkisi: Basınç gazların sudaki çözünürlüğünü artırır. Örnek
olarak; gazoz, şekerli suda yüksek basınçta CO2 gazı çözünmesiyle
oluşur. Kapağı açıldığında basınç azalacağından gaz kabarcıkları
halinde CO2 gazı ayrılır.
Bir çözeltide çözünen yüzeyi ne kadar fazla olursa çözünme hızı da o
kadar fazla artacaktır. Çünkü bu durumda, birim zamanda daha fazla
çözünen çözücüyle temas edecektir.
Çözeltilerin Donma ve Kaynama Noktaları
Uçucu olmayan maddelerle hazırlanan çözeltilerde buhar basıncı düşmesi bu çözeltilerin donma ve kaynama noktalarını etkiler.
Bir sıvının kaynama noktası, sıvının buhar basıncının, dış atmosfer
basıncına eşit olduğu sıcaklık olarak tanımlanır. Bir atmosfer basınç
altında ölçülen kaynama noktasına ‘normal kaynama noktası’ adı verilir.
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 kaynama sıcaklığının üstüne çıkarılması
gerekir. Şu halde uçucu olmayan maddelerin çözülmesiyle hazırlanan
çözeltilerin kaynama noktaları saf çözücülerinkinden daha yüksektir.
Kaynama noktasındaki yükselme çözeltideki çözünenin derişimi ile
orantılıdır. Aşağıdaki bağıntı bu ilişkiyi ifade etmektedir.
DTb=Kb x m
m:molalite
Kb:molal kaynama noktası yükselmesi sabiti
Donma noktasında katı ve sıvının buhar basıncı eşittir. Sıvı çözücü ile
katı çözücünün buhar basıncı eğrileri çözeltinin donma noktasında
kesişir. Ancak bu sıcaklıkta çözeltinin buhar basıncı saf çözücünün
denge buhar basıncından daha düşüktür. Çözeltinin buhar basıncı eğrisi,
katı çözücünün buhar basıncı eğrisini daha düşük bir sıcaklıkta keser.
Bu nedenle, çözeltinin donma noktası, saf çözücününkinden daha
düşüktür. Kaynama noktası yükselmesindeki gibi donma noktası düşmesi de
çözelti derişimine ve çözücüye bağlıdır. Aşağıdaki bağıntı bu ilişkiyi
ifade etmektedir.
DTf=Kf x m
m: molalite
Kf :molal donma noktası düşmesi sabiti
Deneyin Yapılışı
1. Aşama : Çözünenin ve çözücünün yapısı
Su, etil alkol, karbontetraklorür(CCl4) bulunduran deney tüplerini
içine ayrı ayrı biçimde tuz, sukroz, parafin ve I2 maddeleri eklendi ve
çözünebilirlikleri incelendi. En son olarak da bu veriler veri
defterine kaydedildi.
2. Aşama : Çözünmede öğütmenin etkisi
Yaklaşık aynı büyüklükte iki adet bakır(II) sülfat kristali(CuSO4)
alındı. Kristallerden biri iyice öğütüldü, diğeri ise bütün olarak iki
ayrı deney tüpüne konuldu ve her birine 2ml su eklenerek tüpler
çalkalandı En son gözlemler not edildi.
3. Aşama: Çözünürlüğe sıcaklığın etkisi
İki ayrı deney tüpüne de eşit miktarda su ve tuz konuldu. Daha sonra
tüplerden biri bagetle karıştırıldı. Diğeri ise bunzen bekinde ısıtıldı
Bu sırada deney tüpündeki değişiklikler gözlemlendi
4. Aşama: Çözücünün kaynama noktasına çözünenin etkisi
Bir beherin içine 50ml su eklendi ve bunzen beki alevinde kaynayıncaya
kadar ısıtıldı. Kaynayınca içine termometre sarkıtılıp suyun kaynama
noktası ölçüldü. Daha sonra üstüne üçer defa ayrı ayrı 5 er NaCl
eklenerek kaynama noktaları incelendi. Veriler düzenli olarak
kaydedildi.
Sonuçlar
1. Aşama
Çözücü/
Çözünen
Tuz
Sukroz
Parafin
I2
Su Çözündü
Şeffaf renk Çözündü
Şeffaf renk Çözünmedi
Yüzüyor Az çözündü
Sarımtrak renk
Etil alkol
Çözünmedi
Çözünmedi
Çözünmedi Çözündü
Kızıl-kahve
renk
CCl4
Çözünmedi
Çözünmedi
Çözünmedi Çözündü
Pembe- mor
renk
2. Aşama
Öğütülmüş CuSO4 kristali, öğütülmemiş CuSO4 kristalinden daha çabuk çözündü. Sonunda iki çözelti de açık mavi renk aldı.
3. Aşama
Isıtılan tuzlu - su çözeltisinin daha çabuk çözündüğü görüldü.
4. Aşama
50 gr saf su 95 oC de kaynadı. Üzerine 5 gr NaCl eklendiğinde çözelti
101 oC de kaynadı. Daha sonra 5 gr daha tuz eklendiğinde çözelti 105 oC
de kaynadı. En son olarak 5 gr eklendiğinde su 106 oC de kaynadı.
Yorum
Bu deneyimizde çözünürlüğe sıcaklığın, öğütmenin ve çözeltinin
bileşenlerinin türünün etkisini inceledik. Ayrıca suyun içinde
doygunluk derecesine kadar madde çözünüldüğünde çözeltinin kaynama
noktasının devamlı arttığını, çözelti doymuş çözelti haline geldiği
zaman çözeltinin kaynama noktasının sabit kaldığını öğrendik.
