ÇÖZELTİLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc.  Permission required for reproduction or display.

İki veya daha fazla maddenin homojen karışımına çözelti adı verilir. Az miktarda olan madde veya meddelere çözünen; çok miktarda olan maddeye ise çözücü adı verilir. 12.1

Suda NaCl çözeltisi NaCl(aq)=katı+sıvı Hava=gaz+gaz Pd içinde H2(g)=gaz+katı Etanol-su=sıvı+sıvı Gazlı içecekler=gaz+sıvı

Alaşım=katı+katı Lehim=Sn+Pb Prinç=Zn+Cu

Sodyum asetatın aşırı doymuş çözeltisine bir çekirdek kristal Bir çözücünün belirli bir sıcaklıkta çözebildiği en yüksek miktarda çözünen içeren çözeltilere doymuş çözelti adı verilir. Çözücünün belirli bir sıcaklıkta çözebildiği max. miktardaki çözünenden daha azını içeren çözeltilere doymamış çözelti adı verilir. Bir çözelti belirli bir sıcaklıkta çözülebilen max. miktardan daha fazla çözünen içeriyorsa bu çözelti de aşırı doymuş çözelti olarak adlandırılır. Sodyum asetatın aşırı doymuş çözeltisine bir çekirdek kristal Eklendiğinde bu çekirdek etrafında hızla kristallenme başlar. 12.1

ÇÖZÜNME OLGUSU Çözücü ve çözünenin birbiri içinde homojen olarak karışması ile çözünme olayı gerçekleşir. Çözünme, moleküller arasındaki çekim kuvvetine dayanır. Bir çözücünün bir maddeyi çözebilmesi için; çözücü ile çözünen molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin, çözücü ve çözünenin kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha büyük olması gerekir.

Örneğin şekerin suda çözünmesi; şeker ile su molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin, şeker moleküllerinin kendi arasındaki çekim kuvvetinden daha büyük olmasındandır. Şeker, suda iyonlarına ayrışmadan moleküler halde çözünür.

Çözünme olayında üç tür etkileşim rol oynar: çözücü-çözücü çözünen-çözünen çözücü-çözünen DHçözünme = DH1 + DH2 + DH3 12.2

SIMILLIA SIMILIBUS SOLVUNTUR (Benzer benzeri çözer) Benzer moleküllerarası kuvvetlere sahip olan iki madde birbiri içinde kolayca çözünür. non-polar moleküler non-polar çözücülerde CCl4 , C6H6 de polar moleküller polar çözücülerde C2H5OH , H2O de İyonik bileşikler polar çözücülerde NaCl , H2O veya NH3 de 12.2

Çözünme artan sıcaklıkla artar, azalan sıcaklıla azalır Sıcaklık ve Çözünme Sıcaklığın fonk. Olarak çözünme Çözünme artan sıcaklıkla artar, azalan sıcaklıla azalır 12.4

Çözünme genellikle artan sıcaklıkla azalır. O2 gazının sıcaklığa bağlı çözünmesi Çözünme genellikle artan sıcaklıkla azalır. 12.4

DERİŞİM Belirli bir miktar çözelti veya çözücü içerisinde çözünen madde miktarına DERİŞİM (KONSATRASYON) denir. Çözünen madde miktarı(m) Derişim =-------------------- (C) Çözeltinin Hacmi (V) C = m/V olur. Çözeltideki madde miktarı(m)= C.V Şeklinde hesaplanır.

Bir çözeltide çözünen madde miktarını nasıl ifade ederiz? Bir çözeltide çözünen madde miktarı, kütle, hacim, mol terimlerini içeren çeşitli derişim birimleri ile belirtilir. En çok kullanılan derişim birimleri, yüzde derişim, mol kesri, molarite, normalite, molalite, ppm ve ppb'dir. Şimdi bu birimleri görelim.

YÜZDE DERİŞİM Bu derişim birimi değişik anlamlarda kullanıldığından; ağırlık, hacim veya ağırlık-hacim gibi terimlerle açıkça belirtilmesi gerekir. Ağırlık esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Ağırlık birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile Ağırlık yüzdesi = Çözünenin ağırlığı x 100 Çözeltinin ağırlığı şeklinde ifade edilebilir. Örneğin %20'lik NaCl çözeltisi demek 100 ağırlık birimi çözeltide (g, kg, mg, ton vb. olabilir) 20 ağırlık birimi NaCl var demektir. Böyle bir çözelti 20 g NaCl'in 80 g saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir.

şeklinde ifade edilebilir. Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi (mL, L, m3, vb.olabilir) çözeltide kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile çözünenin hacmi çözeltinin hacmi Hacim yüzdesi = x 100 şeklinde ifade edilebilir. Örneğin 30 mL hacmindeki bir maddeyi, uygun bir çözücüde çözerek çözelti hacminin tam 100 mL'ye tamamlanmasıyla %30'luk bir çözelti hazırlanmış olur.

Ağırlık-hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile Ağırlık-hacim yüzdesi = çözünenin ağırlığı x 100 çözeltinin hacmi Katı maddenin sudaki çözeltileri için bu derişim ifadesi kullanılır. Örneğin %10'luk bir NaCl çözeltisi demek, 100 mL çözeltide 10 gram NaCl var demektir.

MOL KESRİ

Örnek: 2,8 g azot ve 0,8 g oksijen içeren bir gaz karışımındaki azot ve oksijenin mol kesrini hesaplayınız. Çözüm:

MOLARİTE

Örnek: 36,9 gram sukroz C12H22O11, yeteri kadar suda çözülmüş ve çözeltinin hacmi 0,473 litre olacak şekilde su ile tamamlanmıştır. Sukrozun bu çözeltideki molaritesini hesaplayınız. 36,9 g sukroz 0,473 L çözelti 1 mol sukroz 342,3 g sukroz 0,228 mol sukroz L çözelti Molarite = X = = 0,228 M

Normalite Normalite bir litre (1000 cm3) çözeltide çözünenin ekivalen (veya eşdeğer) ağırlık sayısıdır. Normalite, "N"; çözünenin ekivalen ağırlık sayısı "ek" ve çözeltinin hacmi "V", olmak üzere Çözünenin ekivalen ağırlık sayısı Çözeltinin hacmi ek V (L) N= = şeklinde ifade edilebilir. Eklivalen ağırlık sayısı; çözünenin ağırlığının ekivalen ağırlığına bölünmesiyle bulunur. Ekivalen ağırlık ise maddenin gireceği reaksiyondaki işlevine göre değişir.

■ Nötralleşme reaksiyonlarında; ekivalen ağırlık, formül ağırlığının - asitlerde aktarılan H+ iyonu sayısına bazlarda aktarılan OH- iyonu sayısına bölünmesiyle bulunur. Örneğin, HCl, HNO3, CH3 COOH gibi tek H+ iyonu içeren asitlerle NaOH, KOH gibi tek OH- iyonu içeren bazlarda, ekivalen ağırlık formül ağırlığına eşittir. ■ Yükseltgenme indirgenme reaksiyonlarında ise ekivalen ağırlık, formül ağırlığının reaksiyonda aktarılan elektron sayısına bölünmesiyle bulunur. Örneğin, MnO4- + 3e- + 2 H2O MnO2 + 4OH- Reaksiyonunda MnO4 içindeki manganın değerliği +7'den, MnO2 içinde +4'e indirgendiği için aktarılan elektron sayısı 3'tür. Bu reaksiyona göre MnO4 'in ekivalen ağırlığı, formül ağırlığının üçe bölünmesiyle bulunur. ■ Tuz oluşturan reaksiyonlarda ekivalen ağırlık, formül ağırlığının - tuzun bir cins iyonunun toplam yük sayısına bölünmesiyle bulunur. Örneğin NaCl, AgNO3 gibi tuzlarda ekivalen ağırlık formül ağırlığına eşittir. BaCl2, MgSO4 gibi tuzlarda ise, ekivalen ağırlık formül ağırlığının yarısına eşittir.

H2SO4 'ün ekivalen ağırlığı Örnek: 0,1 litre çözeltide 4,9 g H2SO4 bulunuyorsa bu çözeltinin normalitesini ve molaritesini hesaplayınız. Ekivalen ağırlık sayısı= ek= H2SO4 'ün ağırlığı H2SO4 'ün ekivalen ağırlığı Ekivalen ağırlık= 98 g mol-1 2 ek mol-1 49g/ek N= ek V (L) 1 N 0,05 mol 0,1 L M=n/V  M= 0,5 M

MOLALİTE

Molarite (M) Çözünenin mol sayısı M = Hacim (l) çözelti Molalite (m) Kütle (kg) çözücü 12.3

mass of solvent = mass of solution – mass of solute ÖRNEK: Yoğunluğu 0,927 g/mL olan 5,86 M etanol (C2H5OH, MA = 46 g/mol) çözeltisinin molalitesini hesaplayınız m = Çözünenin mol sayısı Çözücü kütlesi (kg) M = Çözünenin mol sayısı Çözelti Hacmi (l) 1 L çözelti için: 5,86 mol etanol = 270 g (5,86 x 46) dır. 927 g çözelti (1000 mL x 0.927 g/mL) mass of solvent = mass of solution – mass of solute = 927 g – 270 g = 657 g = 0.657 kg m = Çözünenin mol sayısı Çözücü kütlesi (kg) = 5.86 mol C2H5OH 0,657 kg çözücü = 8.92 m 12.3

Elektrolit Olmayan Çözeltilerin Koligatif (Sayısal) Özellikleri Koligatif Özellikler çözünen maddenin doğasından bağımsız olarak yalnızca çözeltideki madde miktarına dayanan özelliklerdir. Buhar-basıncı azalması P1 = X1 P 1 P 1 = saf çözücünün buhar basıncı X1 = çözeltinin mol fraksiyonu Raoult Kanunu Çözeltide yalnızca bir çözünen varsa: X1 = 1 – X2 P 1 - P1 = DP = X2 X2 = çözünenin mol fraksiyonu 12.6

Kaynama-noktası Yükselmesi DTb = Tb – T b T b saf çözücünün kaynama noktası T b çözeltinin kaynama noktası Tb > T b DTb > 0 DTb = Kb m m molalite Kb verilen bir çözücü için molal kaynama noktası yükselmesi sabiti (0C/m) 12.6

Donma-noktası Düşüşü DTf = T f – Tf T f > Tf DTf > 0 DTf = Kf m T f saf çözücünün donma noktası T f çözeltinin donma noktası T f > Tf DTf > 0 DTf = Kf m m çözeltinin molalitesi Kf verilen çözücü için molal donma noktası düşüşü sabiti (0C/m) 12.6

12.6

DTf = Kf m Kf su = 1.86 0C/m DTf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C ÖRNEK: 478 g etilen glikol (MA 62,01 g/mol) içeren 3202 g of suyun donma noktasını bulunuz. DTf = Kf m Kf su = 1.86 0C/m = 3,202 kg çözüsü (Su) 478 g x 1 mol 62,01 g m = Çözünenin mol sayısı Çözücü kütlesi (kg) = 2.41 m DTf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C DTf = T f – Tf Tf = T f – DTf = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 0C 12.6

Osmotik Basınç (p) Ozmoz çözücü moleküllerinin gözenekli bir membrandan seyreltik çözeltiden derişik çözeltiye doğru seçimli olarak geçişidir. Yarı geçirgen membran çözücü moleküllerinin geçişine izin verirken çözünenin moleküllerini engeller. Ozmotik basınç (p) ozmozu durdurmak için gereken basınçtır. more concentrated dilute 12.6

Ozmotik Basınç (p) p = MRT High P Low P M çözeltinin Molaritesi R gaz sabiti T sıcaklık (K) 12.6

Kolloid bir maddenin yayıcı ortam olan diğer bir madde içerisinde partiküller halinde dağılmasıyla oluşur. Partiküller süspande olacak kadar küçük ışığı yayacak kadar büyük olmalıdır. (Tyndall etkisi). Kolloid vs. çözelti kollodial partikülleri çözünen moleküllerinden daha büyüktür. kollodial süspansyon homojen bir çözelti değildir 12.8