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; 1) Çözücü: Genellikle çözeltideki miktarı fazla olan bileşendir. İçindeki maddeyi homojen olarak dağıtır. 2) 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. 1) Elektrik akımını ileten çözeltiler: Asit. Baz, tuz gibi maddeler suda çözündüğünde iyon oluştururlar. Bu nedenle çözeltileri elektrik akımını iletir. Elektrolit çözelti adını alırlar. 2) Elektrik akımını iletmeyen çözeltiler: Şeker, alkol gibi suda moleküller halinde çözünen maddelerin sulu çözeltileri elektrik akımını iletmezler. III. Çözünen Madde Miktarına Göre: 1) 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. 2) 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. 3) 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 1) 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; a) 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 b) 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 2) 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) 3) 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. 4) 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.
Çözeltiler ve Çözelti Çeşitleri ÇÖZELTİLER Maddeler doğada element, bileşik ve karışım halinde bulunabilirler. Karışımlar iki şekilde oluşmaktadır. Karıştırılan maddeler birbirleri içersinde fiziksel bir değişikliğe uğramıyorlarsa; bu tip karışımlara heterojen karışımlar denir. Karıştırılan maddeler fiziksel değişikliğe uğruyorlarsa; bu tip karışımlara homojen karışımlar denir. Homojen karışımlar çözeltilerdir. Çözücü=Saf Su Çözünen=NaCl Çözelti=Tuzlu Su Çözeltiler iki kısımdan oluşmaktadır. Çözeltide çok bulunan madde çözücü, az bulunan madde çözünendir. Maddenin üç hali değişik şekillerde bir araya gelerek çözelti oluşturabilirler. Çözücü Çözünen Örnek Katı Katı Alaşımlar Katı Sıvı Ag-Hg Karışımı Katı Gaz H2’li Pd Sıvı Katı Tuzlu Su Sıvı Sıvı Alkollü Su Sıvı Gaz Gazoz Gaz Katı Kükürtlü Hava Gaz Sıvı Nemli Hava Gaz Gaz Hava ÇÖZELTİ ÇEŞİTLERİ * Çözeltiler içerdikleri çözünen madde miktarına göre ikiye ayrılırlar. o Seyreltik Çözelti: Çözüneni az, çözücüsü çok olançözeltidir. o Derişik Çözelti: Çözüneni çok, çözüneni az olan çözeltidir * Çözeltiler çözünenin çözünürlüğüne göre üçe ayrılırlar. o Doymuş Çözelti: Çözebileceği maksimum miktardaki maddeyi çözmüş olan çözeltidir. o Doymamış Çözelti: Çözebileceği maksimum miktardandaha az çözünmüş madde içeren çözeltilerdir. o Aşırı Doymuş Çözelti: Çözebileceği maksimum miktardan daha fazla çözünmüş madde içeren çözeltilerdir. * Çözeltiler elektrik akımı iletkenliklerine göre ikiye ayrılırlar. o Elektrolit Çözeltiler: Sulu çözeltileri elektrik akımını iletiyorsa bu tip çözeltilere elektrolit çözeltiler denir.NaCl(k) Na o Elektrolit Olmayan Çözeltiler: Sulu çözeltileri elektrik akımını iletmiyorsa bu tip çözeltilere elektrolit olmayan çözeltiler denir. Çözünme Olayı Bir maddenin başka bir madde içerisinde gözle görülemeyecek kadar küçük taneciklere homojen olarak ayrışması olayına çözünme denilir. O halde bir madde bir başka madde içerisinde en küçük yapı taşına ayrışmaktadır. Bu yapıtaşları maddelerin cinsine göre, molekülleri, iyonları ve çok nadiren de atomları şeklinde olabilir. Bu bölümde, maddelerin çözünmesi olayının yönü, çözünme miktarları ve çözünmedeki enerji davranışları incelenmektedir. Bir katı madde, bir sıvı madde içerisine atılmış ve bir miktarı çözünmüş olsun. Bu katı maddenin sıvı içerisinde çözünmesi halinde, katıya çözünen ve sıvı maddeye de çözücü denir. Her çözünme olayında az veya çok enerji alış verişi olur. Çözünme Entalpisi adı verilen bu enerji endotermik veya ekzotermik olabilir. Bu enerji değeri bize maddenin nasıl ve ne kadar çözünebileceği hakkında bir yargı verebilir. Molekül halinde Çözünme Molekül yapılı maddelerin bir çoğu suda çözünmezler. çözünebilenlerin çoğu moleküller halinde çözünürler.+ ve – iyonlar içermediğinden çözelti elektriği iletmez.Organik maddelerden alkoller,şekerler suda molekül olarak çözünürler. O2 ,H2, N2 gibi bazı gazlar suda moleküller halinde çözünür. C2 H5OH(s) C2 H5OH(suda) Çözünürlükleri Asidik, Bazik ve nötr çözeltiler olarak ta sınıflandırmak mümkündür. 1) Asidik Çözeltiler: Suda çözündükleri zaman sudaki H iyonların derişimini artıran maddelere asit denir. Bu maddelerin sulu çözeltilerine de asitik çözelti denir. Bazı maddeler yapılarındaki Hiyonunu suya verirler bazılarda suyu parçalayarak H iyonu verirler. 2) Bazik Çözeltiler: Suda çözündükleri zaman sudaki OH iyonlarının derişimini arttıran maddelere baz , çözeltilerine de bazik çözelti denir. 3) Nötr Çözeltiler: çözelti içinde H ve OH iyonları derişimi , saf sudaki H ve OH iyonları derişimine eşit ise bu çözeltilere denir Hem çözücü taneciklerinin hem de çözünen taneciklerinin serbest kalması için H1 ve H2 kadar enerji harcanıyor. Çözünme ile taneciklerin birbirini sarması sırasında H3 kadar bir enerji de dışarı veriliyor. Eğer dışarı verilen enerji harcanan enerjiden büyükse, çözünme ekzotermik, değilse endotermiktir. Bu bilgiler bize maddelerin birbiri içerisinde çözünüp çözünmeyeceği de anlatır. Örneğin; Olay ekzotermik ise bir çözelti oluşur. Aynı şekilde çözücünün ihtiyaç duyduğu enerji küçükse yine çözelti oluşur. Tersi durumda maddeler birbiri içerisinde karışamaz ve çözelti oluşturamaz. Bunun yanında, bu türden maddelerin kimyasal bağ yapılarının benzerliği de çok önemlidir.
