ÇÖZELTİLER VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

ÇÖZELTİ TÜRLERİ: BAZI TERİMLER Çözelti: İki veya daha fazla maddenin tepkime vermeksizin oluşturduğu homojen bir karışımıdır. Çözücü: Çözeltinin miktarca fazla olan ve halini (fazını) belirleyen bileşenidir. Çözünen: Çözücüye göre daha az miktarda bulunan çözelti bileşenidir. Derişik çözelti: Çözünen madde veya maddeleri fazla olan çözeltidir. Seyreltik çözelti: Çözücü madde veya maddeleri fazla olan çözeltidir. Çözünürlük: Belirli bir sıcaklıkta 100 ml suda çözünen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Doymuş çözelti: Sabit basınç ve sıcaklıkta çözebileceği en fazla maddeyi çözmüş çözeltiye verilen addır Aşırı doymuş çözelti: Sabit basınç ve sıcaklıkta çözebileceği en fazla maddeden daha fazla çözüneni bulunan çözeltiye aşırı doymuş çözelti denir. Alaşım: bir metal elementin başka metaller ya da herhangi başka elementler ile homojen karışımıdır. Alaşımlar karışımdaki metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun)

Bazı Bilinen Çözeltiler

Çözelti Derişimleri Belirli miktar çözeltide veya çözücüde çözünmüş olarak bulunan madde miktarına derişim (konsantrasyon) denir. Derişim, birçok şekilde ifade edilebilir. Çözünen madde miktarının belirtilmediği bir ifade şekli olan doymuş, doymamış, aşırı doymuş, seyreltik veya derişik gibi ifadelerin yanında çözünen madde miktarının nicel olarak ifade edildiği yüzde derişim, molarite, ppt, ppm ve ppb, molalite, normalite gibi ifadeler de kullanılabilir. Bunlardan başka mol kesri, mol yüzdesi gibi derişim tanımları da kullanılabilir.

ÇÖZELTİ DERİŞİMLERİ Kütle Yüzdesi, Hacim Yüzdesi ve Kütle/Hacim Yüzdesi Kütlece % (m/m) = mçözünen/mçözelti % Hacim (V/V) = Vçözünen/Vçözelti 5,00 g NaCl, 95 g suda çözüldüğünde kütlece % 5,00 lik NaCl çözeltisi hazırlanmış olur. 25,0 mL metil alkol 75,0 mL sudan oluşan çözelti hacimce % 25,0 lik çözeltidir. Kütle/Hacim % (m/V) = mçözünen/Vçözelti 100 mL çözeltide 0,9 g NaCl içeren sulu çözeltinin derişimi % 0,9 (kütle/hacim)’dur.

Çözelti Derişimleri Mol Kesri ve Mol Yüzdesi Molarite ve Molalite i bileşeninin mol cinsinden miktarı Çözeltideki tüm bileşenlerin mol cinsinden toplam miktarı Mol yüzdesi Molarite ve Molalite Molarite Çözünenin mol sayısı Çözelti hacmi (L) Molalite Çözünenin mol sayısı Çözücünü kütlesi Kg cinsinden

Çözelti Derişimleri ile ilgili örnekler Çözelti Derişiminin Değişik Birimlerle verilmesine örnek: 10,00 mL etil alkol, C2H5OH (d=0,789 g/mL) suda çözülüyor ve hacmi 100 mL’ye tamamlanarak yoğunluğu 0,982 g/mL olan bir etil-alkol su çözeltisi hazırlanıyor. Bu çözeltide alkolün (a) hacimce yüzdesi (b) kütlece yüzdesi (c) Kütle/Hacim yüzdesi (d) mol kesri (e) mol yüzdesi (f) molaritesi (g) molalitesi nedir?

a) b)

100,0 mL çözelti 98,2 g ise suyun kütlesi 98,2 - 7,89 = 90,3g sudur. ÇÖZELTİ DERİŞİMLERİ c) d) Önce etanolün mol sayısını bulalım 100,0 mL çözelti 98,2 g ise suyun kütlesi 98,2 - 7,89 = 90,3g sudur. Etanolün mol kesri

ÇÖZELTİ DERİŞİMLERİ e) Etanolün mol yüzdesi = f) g) “Etanolün molalitesi” m: molalite birimi (mol/kg)

MOLEKÜLLER ARASI KUVVETLER ve ÇÖZÜNME Bu bölümde moleküllerin çözelti içindeki davranışlarını ve özellikle de moleküller arası kuvvetleri inceleyeceğiz. Şimdi çözelti oluşumunu üç aşamalı bir sistem olarak düşünelim: I. aşama II. aşama III. aşama

KARIŞIMLARDA MOLEKÜLLER ARASI KUVVETLER ΔHa, ΔHb, and ΔHc’nın büyüklüğü moleküller arası çekim kuvvetlerine bağlıdır. Moleküller arası çekim kuvvetleri yaklaşık olarak aynı büyüklükte ise bu tür moleküller gelişigüzel karışır ve çözelti homojen olur, bu tip çözeltiler ideal çözeltiler denir. ΔHa + ΔHb ~ -ΔHc ΔHç ~ 0, Çözeltide bulunan moleküller arası kuvvetler : ΔHa = A çözücü molekülleri arasındaki kuvvetler, ΔHb = B çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler, ΔHc = A ve B çözeltideki moleküller arasındaki kuvvetler.

İDEAL ÇÖZELTİ Molekül büyüklükleri birbirine yakın apolar bileşikler arasında İDEAL ÇÖZELTİLER oluşur. Sıvı hidrokarbonların çözeltileri (Benzen Tolüen Karışımı) böyledir. Bu tür çözeltiler oluşurken ısı alışverişi olsa da çok zayıftır. ΔHç ~ 0 olur.

İDEAL OLMAYAN ÇÖZELTİLER Aynı moleküller arası kuvvetler, A-A veya B-B (çözücü veya çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler), farklı moleküller arası kuvvetlerden, A-B, (çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler) daha KÜÇÜK ise çözelti oluşur, fakat özellikleri önceden bilinemez. Bu tür çözeltilere ideal olmayan çözeltiler denir. Çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki etkileşimden açığa çıkan ısı ΔHc çözücü ve çözünen moleküllerinin birbirinden ayrılması için gereken ısıdan (ΔHa + ΔHb) daha büyüktür. Çözünme işi ekzotermiktir (ΔHç < 0). A-A < A-B veya B-B < A-B CHCl3 Kloroform -- (CH3)2CO Aseton

İDEAL OLMAYAN ÇÖZELTİLER Aynı moleküller arası kuvvetler, A-A veya B-B (çözücü veya çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler), farklı moleküller arası kuvvetlerden, A-B, (çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler) biraz BÜYÜK ise tam karışma olur, fakat çözelti ideal değildir. Çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki etkileşimden açığa çıkan ısı ΔHc çözücü ve çözünen moleküllerinin birbirinden ayrılması için gereken ısıdan (ΔHa + ΔHb) daha küçüktür. Yani, çözünme işi endotermiktir (ΔHç > 0). A-A > A-B veya B-B > A-B (CH3)2CO Aseton ----- CS2 Karbon Sülfür arasındaki dipol dipol kuvvetler farklı olup ideal olmayan çözelti olur.

İDEAL OLMAYAN ÇÖZELTİLER Aynı moleküller arası kuvvetler, A-A veya B-B (çözücü veya çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler), farklı moleküller arası kuvvetlerden, A-B, (çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki kuvvetler) çok BÜYÜK ise karışma olmaz ve çözünme çok azdır, bileşenler ayrı ayrı kalır. Bu tür karışımlar heterojendirler. Su ile oktan karışımında, su molekülleri kuvvetli H bağları ile bir arada tutuldukları için apolar oktan molekülleri bu bağları kıramaz ve çözelti oluşmaz. A-A >> A-B veya B-B >> A-B Su molekülleri Kuvvetli H bağları Oktan molekülü

İYONİK ÇÖZELTİLER Eğer iyon dipol çekim kuvvetleri kristaldeki iyonlar arası çekim kuvvetlerinden daha büyük ise çözünme olur. İyonun etrafının su molekülleriyle sarılmasına hidratlaşma denir.

ÇÖZELTİ OLUŞUMU ve DENGE Çözücü ile çözünen karıştırıldığında; a) İlk çözünme olayı gerçekleşir, b) Hemen ardından çökelme başlar ve zamanla artar, c) Bir süre sonra çözünme ve çökelme hızları birbirine eşit olur. Bu durumda çözünenin çözeltideki derişimi sabit kalır. a)Seyreltik b)Derişik c) Doymuş Çözelti Çözelti Çözelti İçinde bir miktar çözünmemiş madde içeren, çözünme ve çökelme hızlarının birbirine eşit olduğu çözeltilere doygun (doymuş) çözeltiler denir. Doygun çözeltinin derişimine, verilen çözücü içinde çözünen maddenin çözünürlüğü denir. Molarite veya kütlece yüzde olarak verilebilir. Çözünürlük sıcaklığa bağlıdır.

ÇÖZELTİ OLUŞUMU ve DENGE Çözelti içinde o sıcaklıkta çözebileceğinden az madde çözünmüşse bu çözeltilere doymamış çözeltiler denir. Doygun bir çözelti soğutulduğunda çökelme olur. Kimi durumlarda sıcaklık düşmesine rağmen çökelme olmaz ve çözücü o sıcaklıkta çözemeyeceğinden fazla maddeyi çözer. Bu tür çözeltilere aşırı doymuş çözeltiler denir. KNO3 , 100 g suda ve 30oC sıcaklıkta ~32g çözünür. Bu çözelti doygun çözeltidir. Aynı sıcaklıkta 30g KNO3 çözünmüşse doymamış, 35g KNO3 çözünmüşse aşırı doymuş çözeltidir. Çeşitli tuzların çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişimi

ÇÖZELTİ OLUŞUMU ve DENGE İyonik bileşiklerin çözünürlüğü genellikle sıcaklıkla artar. Ancak, SO32-, SO42-, SeO42-, AsO43-, PO43- anyonları bu kurala uymazlar. Çözünme entalpisi endotermik olan bir çözelti için, Hç > 0, çözünme sıcaklık arttırıldığında artar. Çözünme entalpisi ekzotermik olan bir çözelti için, Hç > 0, çözünme sıcaklık arttırıldığında azalır. Yüksek sıcaklıkta hazırlanan doygun bir çözeltinin soğutulması ile kristallendirilerek saflaştırma işlemine ayrımsal kristallendirme denir.

Gazın basıncı arttıkça çözünürlüğü artar. GAZLARIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ Çözünürlük: 0oC de 1 atm gaz basıncında 1L suda çözünebilen mL gaz miktarıdır. Gazların çözünürlüğüne sıcaklığın etkisi Gaz molekülleri arası mesafeler katı ve sıvılarınkine oranla çok çok büyük olduğu için gazların çözünmesi katılarınkinden farklıdır. Gazlar önce yoğunlaşıp sonra çözüneceği için gazların çözünmeleri ekzotermik bir olaydır, yani “Sıcaklık arttıkça gazların çözünürlüğü azalır”. Ör: Gazlı içecekler çözünmüş CO2 içerdikleri için soğuk tüketilirler. Gazların çözünürlüğüne basıncın etkisi ve Henry Yasası Bir gazın çözünürlüğü gaz basıncıyla doğru orantılıdır. Buna Henry yasası denir. C = gazın çözünürlüğü mL/L k = orantı sabiti Gazın basıncı arttıkça çözünürlüğü artar. Çözünürlük miktar olarak kütle, hacim veya mol cinsinden olabilir. Eğer gaz çözücü ile tepkime veriyorsa veya iyonlaşıyorsa Henry Kanununa uymaz.

GAZLARIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ Soru: 0oC de 1 atm basınçta N2 gazının sudaki çözünürlüğü 23,54 mL N2/L’dir. N2 gazının çözünürlüğünü 100,0 mL yapmak için 0oC’deki basıncı kaç atm olmalıdır? Soru: 0oC de 1 atm basınçta O2 gazının sudaki çözünürlüğü 48,9 mL O2/L’dir. O2 gazının havadaki normal kısmi basıncında (0,2095 atm) sudaki doygun çözeltisinin molaritesi nedir? 0oC de 1 atm basınçta O2 gazının Molaritesi

ÇÖZELTİLERİN BUHAR BASINÇLARI Ayrımsal damıtmada (uçucu sıvıların karışımlarının damıtma yolu ile ayrılmasında) hangi sıvının öncelikle damıtılacağı karışımdaki sıvıların buhar basınçlarına bağlıdır. Kaynama noktası ve osmotik basınç gibi özellikler de buhar basıncı ile ilgilidir. Çözüneninin içinde çözündüğü çözücünün buhar basıncını düşürdüğü 1880’de Raoult tarafından keşfedildi. Ayrımsal damıtma Çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli bir çözelti için; ideal bir çözeltide çözücünü buhar basıncı, PA, verilen sıcaklıkta saf çözücünün buhar basıncıyla, PAo, çözücünün çözeltideki mol kesrinin, XA, çarpımıdır. Raoult Yasası:

ÇÖZELTİLERİN BUHAR BASINÇLARI İdeal çözeltilerde buhar basınçlarını bulunması Soru: Saf benzen ve toluenin 25 oC da buhar basınçları sırasıyla 95,1 ve 28,4 mmHg dır. Benzen ve toluenin her ikisinin de mol kesirlerinin 0,500 olduğu bir çözelti hazırlanıyor. Bu çözeltide benzen ve toluenin kısmi basunçları nedir? Toplam buhar basıncı nedir? Benzen-toluen çözeltisi ile dengede olan buharın bileşimi nedir? Çözelti bileşimi Buhar bileşimi

SIVI BUHAR DENGESİ - İDEAL ÇÖZELTİLER 3 - 4 noktalarını birleştiren çizgi “buhar-sıvı bağlantı çizgisi”dir. Bu çizgilerin buhar uçları yeşil çizgiyi oluşturur. Sıvı ve buhar eğrilerinin bağıl yerlerinden, iki bileşenli ideal çözeltiler için buhar fazının sıvı faza göre uçuculuğu yüksek bileşence zengin olduğu görülür. Çözelti bileşimi Buhar bileşimi iken Yukarıdaki buhar yoğunlaştırılıp tekrar buharlaştırıldığında; Buhar bileşimi Buharlaştırıp yoğunlaş-tırma işlemi tekrarlanarak uçucu bileşen saflaş-tırılabilir. Buna ayrımsal damıtma denir.

SIVI BUHAR DENGESİ :İDEAL OLMAYAN ÇÖZELTİLER Azeotropik Karışımlarda Sıvı Buhar Eğrileri İdeal olmayan çözeltilerde sapma yeterince büyükse, çözeltiler buharlaştırıldığında oluşan buhar sıvı ile aynı bileşimdedir. Bu çözeltiler sabit sıcaklıkta kaynar ve azeotrop olarak isimlendirilir. Propanol-Su karışımının Azeotrop Hali % 71,69 propanol ve %28,31 su’dur.

Elektrolit Olmayan Çözeltilerde Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselmesi Bir çözücünün, içinde bir maddenin çözünmesiyle buhar basıncının düşmesi çözücünün özellikleriyle ilgili değildir. Aynı zamanda donma noktası alçalması, kaynama noktası yükselmesi osmotik basınç gibi özellikler de çözücünün özellikleriyle ilgili değildir. Bu özellikler çözeltideki tanecik derişimine bağlı olup çözünenin cinsinden bağımsızdır. Bu özelliklere tanecik özellikleri denir. Sıcaklık Basınç Donma noktası alçalması Kaynama noktası yükselmesi

Elektrolit Olmayan Çözeltilerde Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselmesi Donma Noktası Verilerinden Molekül Formüllerinin Bulunması: Nikotin, tütün yapraklarından özütlenen bir sıvı olup 60 oC nin altında suda her oranda çözünür. (a) -0,450 oC da donan bir sulu çözeltide nikotinin molalitesi nedir? (b) Bu çözelti 48,92 g suda 1,921 g nikotinin çözünmesi ile hazırlanmışsa, nikotinin mol kütlesi nedir? KDN=1,86 oC/m a) b)

Osmotik Basınç Uzun cam boru içine konan sulu sakkaroz çözeltisi, yarı geçirgen bir zar vasıtasıyla saf sudan ayrılmıştır. Su molekülleri zarda her iki tarafa geçebilmektedir. Saf sudaki su derişimi çözeltideki su derişiminden fazla olduğu için saf sudan çözeltiye doğru net bir su geçişi olur, bu geçişe osmoz adı verilir. Osmoz saf suyun boruda yükselmesini sağlar.

Osmotik Basınç Osmotik Basınç (p) Çözelti üzerine basınç uygulanırsa, su moleküllerinin çözeltiye geçiş hızı azalır. Çözelti üzerine osmotik geçişi durduracak kadar uygulanması gereken basınca çözeltinin osmotik basıncı denir ve p ile gösterilir. Bu basınç %20 lik sakkaroz çözeltisi için 15 atm dir. Osmotik basınç tanecik özelliğidir, çözünenin cinsine bağlı değildir. Osmotik Basınç (p) R(gaz sabiti) = 0,08206 L atm/(mol K) c = Çözeltinin molaritesi

Osmotik Basınç Osmotik basıncın hesaplanması: 25 oC 0,0010 M C12H22O11 (sakkaroz) çözeltisinin osmotik basıncı nedir? Osmotik basınç ölçümlerinden mol kütlesinin hesaplanması: 1,08 g kan plazma proteini (insan serum albümini) içeren 50,0 mL sulu çözelti hazırlanmıştır. Çözeltinin osmotik basıncı, 298 K de 5,85 mmHg dır. Albüminin mol kütlesi nedir?

Elektrolitler için tanecik özellikleri eşitlikleri Elektrolit Çözeltilerde Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselmesi Bazı çözünenler beklenenden daha fazla tanecik özellik gösterirler. Örneğin, 0,0100 m lık bir sulu çözeltinin donma noktası düşmesi; Eğer çözelti 0,0100 m üre ise donma noktası -0,0186 ölçülür iken, eğer çözelti 0,0100 m NaCl (elektrolit) ise ölçülen donma noktası -0,0361 olur. Çözünenin ölçülen tanecik özelliği değerini beklene değere bölerek elde edilen faktöre Van’t Hoff faktörü (i) denir. Van’t Hoff faktörü Elektrolitler için tanecik özellikleri eşitlikleri Elektrolit olmayan bir çözelti için i = 1 NaCl için i = 2 MgCl2 için i = 3

Elektrolit Çözeltilerde Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselmesi Elektrolit çözeltiler için tanecik özelliklerinin hesaplanması: 0,00145 m MgCl2 ün sulu çözeltisinin donma noktasını bulunuz. KDN = 1,86 oC/m MgCl2 (aq)  Mg2+(aq) + 2Cl-(aq) Van’t Hoff faktör, i = 3 ise

TERS OSMOZ - DESALİNASYON Burada Membran sadece su moleküllerini geçirir,tuz iyonlarını geçirmez. NŞ.da OSMOZ olayında saf sudan tuzlu suya doğru bir su girişi olur. B tarafına suyun Pos’dan > P uygulanırsa B tuzlu sudan A saf suya su geçişi olur ki, bu olaya TERS OSMOZ denir. DESALİNASYON usulüyle bu yolla deniz suyundan içme suyu elde edilebilmekte ve atık sularda bu yolla kullanma suyu haline dönüştürülebilmektedir.

PRATİKTE UYGULAMALAR-DN DÜŞMESİ