Transcript çözeltiler
ÇÖZELTİLER Birbiri içinde tam olarak karışabilen, her noktası aynı dağılımı gösteren, tek fazlı karışımlara homojen karışımlar, her noktası aynı dağılımı gösteremeyen iki fazlı karışımlara heterojen karışımlar denir. Bir maddenin başka bir madde içinde, gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler hâlinde dağılmasıyla oluşan homojen karışımlara çözelti denir. Çözeltilerdeki dağılma ortamına çözücü veya çözen, dağılan maddeye çözünen ve çözünen maddenin çözücü içinde dağılması olayına ise çözünme denir. ÖRNEK Yemek tuzu-su çözeltisinde, yemek tuzunun suda dağılması olayı çözünme, yemek tuzu çözünen, su ise çözücüdür. Karışımın her noktasının tuz tadında olması ve dışarıdan bakıldığında tek bir madde gibi görünmesi su-tuz karışımının bir çözelti olduğunu göstermektedir. Bazen, çözeltiyi oluşturan maddelerden genellikle miktarı çok olana çözücü, miktarı az olana çözünen denir. Böyle bir tanımlama her zaman doğru değildir. Çünkü,derişik sülfürik asit içine az miktarda su eklendiğinde çözücü su, çözünen ise sülfürik asittir. Bütün maddeler bir çözücü ile çözelti meydana getirmezler. Örneğin tebeşir tozları su ile karıştırılırsa çözelti meydana gelmez, tozlar suda asılı halde kalır. Bu şekildeki heterojen (iki fazlı) karışımlara süspansiyon denir. Süspansiyon bir çözelti değildir. Fazların yoğunlukları farklı olduğundan birbirinden kolaylıkla ayrılabilir. Bazı karışımlar da ise çözünen madde çözeltilerde olduğu gibi molekül veya iyon düzeyinde birbirinden ayrılmaz, ancak parçacıklar süspansiyondaki kadar da iri değildir. Bu tür karışımlara kolloid denir ve bunlarda çözelti değildir. Kolloidlere dışarıdan bakıldığında tek fazlı homojen karışımlar gibidir. Fazlar fiziksel yollarla birbirinden ayrılamazlar. Ancak mikroskopik inceleme ile fazlar fark edilebilir. Parçacık büyüklüğü 10-7 cm den küçük Gerçek çözelti Parçacık büyüklüğü 10-7 ile 10-5 cm arası Kolloid çözelti Parçacık büyüklüğü 10-5 cm ten büyük süspansiyon ÇÖZÜNÜRLÜK Maddeler, çözücülerde az ya da çok çözünürler. Bir maddenin herhangi bir çözücü içinde az ya da çok çözünmesi özelliği çözünürlük olarak bilinir. Belli sıcaklık ve basınç koşullarında, belirli kütledeki çözücüyü doymuş hale getirmek için gereken çözünen madde miktarına o maddenin çözünürlüğü denir. Çözücü su ise, çözünürlük genellikle 100 gram su içinde çözünen maddenin gram türünden kütlesi olarak belirtilir. Çözünürlük, g çözünen /100 ml çözücü olarak, çözücü su ise; çözünürlük, g çözünen / 100 g su olarak ifade edilir. Bir maddenin çözünürlüğünden söz edilirken sıcaklık ve çözücü türü mutlaka belirtilmelidir. Ayrıca gazlar için basınçta verilmelidir. Örneğin; 20°C’ de 100 g suda en çok 36 g sofra tuzu çözünebilir. Sofra tuzunun 20°C’ de 100 g sudaki çözünürlüğü 36 g tuz / 100 g sudur (Saf suyun yoğunluğu 1 g/ cm3 olduğundan hacmi kütlesine eşittir.) Katı maddelerin sudaki çözünürlükleri, çözünen maddenin ve çözücünün cinsine ve sıcaklığına bağlıdır. Su birçok katı için iyi bir çözücüdür. Ancak her katı suda çözünmediği gibi çözünenlerinde miktarı faklıdır. Bir çözünenin, bir çözücü içerisinde çözünmesi, bir denge kavramını da beraberinde getirir. Katı bir madde suya atılınca, çözünmeye başlar. Çözünen parçacıklar, çözücü molekülleri arasında dağılır. Birim hacimde çözünmüş olan, madde miktarına, o maddenin çözeltideki konsantrasyonu ( derişimi ) denir. Madde, hacmi değişmeyen çözücüde, çözündükçe konsantrasyonu artar. Konsantrasyon arttıkça, çözünen parçacıkların katı faza dönme hızı da artar. Sonunda bir denge durumuna erişirler. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Sıcaklık Katıların suda çözünmesi genellikle ısı alan ( endotermik ) bir olaydır. Sıcaklığın artırılması katıların çözünürlüğünü artırır. Endotermik çözünmelerde sıcaklığın azalması ile çözeltide çökme başlar ve çözelti aşırı doymuş olur. Az da olsa çözünürlüğü, sıcaklık artıkça azalan katılarda vardır. Bu katı maddeler çözünürken dışarıya ısı verir ( ekzotermik ). Endotermik çözünmelerde çözelti sıcaklığı düşerken, ekzotermik çözünmelerde çözeltinin sıcaklığı yükselir. Soydum klorürün çözünürlüğüne sıcaklığın çok az miktarda etkisi vardır. Buna göre çözünürlüğün sıcaklıkla değişimi maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Sıvıların çözünürlükleri de sıcaklığa bağlıdır. Eğer çözünen maddenin kaynama noktası çözücünün kaynama noktasından yüksekse çözünürlük sıcaklıkla artar. Çözücünün kaynama noktası yüksekse çözünürlük sıcaklık arttıkça azalır. Çözücü ve Çözünenin Türü Çözünürlük, çözücü ve çözünen maddenin türüne bağlıdır. Örneğin; alkol suda çok iyi çözündüğü halde, zeytinyağı suda hiç çözünmez. Genel bir kural olarak polar bileşikler polar çözücülerde daha iyi çözünür. Yani benzer benzeri çözer. Buda bize çözünürlüğün, çözücünün ve çözünenin türüne bağlı olduğunu gösterir. Basınç Katı ve sıvıların çözünürlüğünde basıncın etkisi yoktur. Katı ve sıvılar sıkıştırılamadığından basınçla çözünürlükleri değişmez. Ancak gazlar sıkıştırılma özelliğine sahip olduklarından, uygulanan basınç çözünürlüklerini doğru orantılı artırır. Bu ifade Henry yasası olarak bilinir. Gazlarda maksimum çözünürlük; yüksek basınç ile düşük sıcaklık koşullarında sağlanır. Ortak İyon Etkisi Katı bir maddeyi, saf su yerine, bu katı maddenin iyonlarını içeren bir çözelti içinde çözersek, katının çözünürlüğü saf sudaki çözünürlüğe göre azalır. Katının çözünürlüğünün bu şekilde azalmasına ortak iyon etkisi denir. ÇÖZÜNME HIZI Bir çözelti oluşumu sırasında birim zamanda çözünen madde miktarına çözünme hızı denir. Çözünme hızını etkileyen faktörlerden başlıcaları, çözücü ve çözünenin cinsi, sıcaklık, temas yüzeyi, bir karıştırıcı ile karıştırma ve çözeltide çözünmüş madde miktarıdır. Çözücü ve çözünenin cinsi hem çözünürlüğü hem de çözünme hızını etkiler. Bir madde, farklı iki çözücüde farklı hızlarda çözündüğü gibi, iki madde aynı çözücüde yine farklı hızlarda çözünebilir. Sıcaklık hem çözünürlüğü hem de çözünme hızını artırır. Tüm çözünmelerde sıcaklık artışı çözünme hızını artırır. İri taneli katı maddelerin küçük parçalara bölünmesi temas yüzeyini artırır buda çözünme hızını artırır. Örneğin aynı sıcaklıkta ve hacimdeki arı (saf ) su örneklerindeki eşit kütleli toz şeker, kesme şekerden daha hızlı çözünür. Karıştırma işlemi, çözücü ile çözünenin arasındaki etkileşimi artıracağından tüm çözünmelerde hızı artırır. SUDAN BAŞKA ÇÖZÜCÜLER Bir maddenin çözünürlüğü, çözücü ve çözünenin türüne bağlıdır. Örneğin yemek tuzu suda çok çözünür, ancak benzinde çözünmez. Bunun tersine gres yağı benzinde çözünür, ancak suda çözünmez. Su ile çıkarılamayan bir mum lekesi, ancak benzin ya da kuru temizlemede kullanılan tetrakloreten ile çıkarılabilir. Benzer şekilde, oje asetonda, yağlı boya tinerde, zeytinyağı karbontetraklorürde çözünür. Ancak bu maddeler suda çözünmezler. Kimyada benzer benzeri çözer kuralı vardır. Yani benzer molekül yapısındaki bileşikler, yakın değerlerde moleküller arası kuvvetlere sahiptirler ve birbiri içinde çözünürler. Benzer yapıda olmayan bileşikler ise çözelti oluşturma eğiliminde değildir. Kimyada çözücü olarak genellikle su kullanılır; ancak suyun yanında etil alkol, sıvı amonyak, karbondisülfür, karbontetraklorür, kloroform ve benzin gibi çözücüler de vardır. ÇÖZELTİ TÜRLERİ Bir çözelti en az iki bileşenden meydana gelir. Çözeltiler fiziksel hallerine göre, elektrik akımını iletmelerine göre ve bileşenlerin miktarlarına göre değişik açılardan sınıflandırılır. Çözeltiler, çözücülerin fiziksel durumuna göre : Çözücüsü Katı olan Çözeltiler Çözücüsü Sıvı olan Çözeltiler Çözücüsü Gaz olan Çözeltiler Çözeltiler elektrik akımını iletmelerine göre : Elektriği ileten ( Elektrolit ) Çözeltiler Elektriği İletmeyen ( Elektrolit olmayan ) Çözeltiler Bileşenlerin miktarlarına ve çözünürlüklerine göre : Aşırı Doymuş Çözelti Doymuş Çözelti Doymamış Çözelti Bileşenlerden birinin miktarının sabit tutulup diğerinin miktarının arttırılması veya azaltılması durumuna göre : Derişik Çözelti Seyreltik Çözelti Katı çözeltiler iki ya da daha çok metalin eritilerek oluşturdukları homojen katı karışımlardır. Bunlara alaşım denir. Alaşımlarda bir metalin atomları diğer metalin kristal yapısı içine girerek homojen bir karışım oluşturur. Örneğin paslanmaz çelik ( 76 Fe, 16 Cr, 8 Ni ), Pirinç ( 60 Cu, 40 Zn ), Bronz ( 80 Cu, 15 Sn, 5 Zn ) birer alaşımdır. Çözücü gaz olduğunda, gazlar içinde gazlar kolay çözünür. Fakat gazlar içinde katı ve sıvılar daha zor çözündüğünden homojen bir çözelti oluşturması güçleşir. Çözen madde çözeltinin fiziksel halini belirler. Örneğin, çözücüsü katı olan çözeltinin fiziksel hali de katıdır. Sıvı içinde başka bir sıvının çözünmesiyle oluşan çözeltiler, sıvı-sıvı çözeltileri olarak nitelendirilir. Sıvıların bazıları birbiriyle her oranda karışabildikleri gibi, bazıları sınırlı karışabilir. Bazıları ise hiç karışmaz. Bunun nedeni karışan bu iki sıvının polar yapılarına dayanır. Örneğin polar olan etanol su molekülleri tarafından çekilerek suda çözünür (kolonya gibi), fakat polar olmayan karbon tetra klorür(CCI4) suda çözünmez. Çünkü su molekülleri polar yapıları nedeniyle birbirini bir ağ oluştururcasına çeker. Karbon tetra klorür ise suyun bu yapısını bozamaz ve dolayısıyla çözünme gerçekleşmez. Kimyasal reaksiyonların çoğu sıvı çözeltilerde yürüdüğünden, kimyacılar için en önemli olanı sıvı çözeltilerdir. Sıvı çözücü içinde, katı çözünürken çözünme katı maddenin dış yüzeyinde başlar. Katı maddenin yüzeyi ne kadar büyükse ve çözücüyle temas ederse, çözünme de o kadar kolay ve hızlı olur. Ayrıca katının toz haline getirilmesi ve çözücü içerisinde karıştırılması, çözünmeyi kolaylaştırır ve hızlandırır. Maddelerin çözünmeleri dışarıdan ısı alarak ya da dışarıya ısı vererek gerçekleşir. Katının sıvı içerisinde çözünmesi esnasında sıcaklık artışı çözünmeyi artırır. Gazlarda ise bu durum tam tersidir ve gazların sıvıdaki çözünürlüğü sıcaklık artışı ile azalır. Bir sıvı içinde katı madde çözerken dışarıdan basınç uygulamak çözünmeye etki etmez. Gazların sıvılardaki çözünürlükleri diğer çözeltide olduğu gibi maddelerin cinsine ve sıcaklığına bağlıdır. Ayrıca basıncında çözünmeyi arttırıcı etkisi vardır. Kutuplu yapıdaki hidrojen klorür ve amonyak gibi gaz bileşikler, yine kutuplu yapıdaki su molekülleri tarafından çekilerek yeterince çözünür. Fakat Hidrojen ( H2 ), Azot (N2 ) , Oksijen (O2 ) gibi kutupsuz yapıdaki gazların sudaki çözünmeleri oldukça zayıftır. Çözücüsü su olan çözeltilere kısaca sulu çözeltiler de denir. Suda çözünen maddeler fiziksel hallerine ve kimyasal yapılarına bağlı olarak farklı davranışlar gösterir. Genel olarak atomları arasında kovalent bağ bulunan yani molekül yapılı bileşikler suda çözündüğünde moleküler yapılarını korur ve molekül halde suda dağılır. Örneğin şeker, su içinde moleküller halinde bulunur. Buna karşılık, NaCl (yemek tuzu) gibi iyon yapılı bileşikler suda çözündüklerinde iyonlarına ayrılır. NaCl, sulu çözeltide Na+ ve Clˉ iyonları halinde bulunur. Çözeltiler elektrik akımını iletmelerine göre : Asitler ve bazlarda, tuzlar gibi suda çözündüklerinde iyonlar oluştururlar. Çözeltide oluşan bu iyonlar elektrik akımını iletir. Sulu çözeltisi elektrik akımını ileten maddelere elektrolit madde, çözeltisine ise elektrolit çözelti denir. Su içinde iyonlaşma yüzdesi yüksek olan maddeler kuvvetli elektrolittir ve bu maddelerin çözeltileri elektrik akımını iyi iletir. İyonlaşma yüzdesi düşük olanlar ise zayıf elektrolit olup, bunların sulu çözeltileri elektrik akımını az iletir. Na+, K+, H+, NH4 +, NO3ˉ gibi iyonların bileşikleri kuvvetli elektrolittir. Ag+, Cu+, Pb+² iyonların klorürleri Be+².Sr+²,Pb+² nin sülfatları zayıf elektrolittir. Alkol, şeker gibi moleküler halde çözünen maddelerde iyonlaşma olmadığından Bu maddeler elektrik akımını iletmez. Etil alkol gibi moleküller halinde çözünmüş bu tür maddelere elektrolit olmayan madde, çözeltisine ise elektrolit olmayan çözelti denir. Çözeltiler, çözünmüş madde miktarına göre üçe ayrılır. Doymuş Çözelti Belirli bir sıcaklıkta ve basınçta birim hacim çözücüde maksimum madde miktarının çözünmesiyle elde edilen çözeltilere doymuş çözeltiler denir. Diğer bir ifade ile, belirli bir sıcaklıkta, belirli miktardaki çözücünün çözebileceği en fazla miktardaki maddeyi çözmüş olan çözeltidir. Örneğin, 100 mL suda 20°C’ta 36 g yemek tuzu çözündüğünde doymuş çözelti oluşur. Çözünme sıcaklığa bağlı olduğundan hangi sıcaklık için geçerli olduğu belirtilir. Belirli bir sıcaklıkta doymuş hale gelen bir çözeltide şartlar değişmedikçe çözünen maddenin daha fazlası çözünmez. Doymuş bir çözeltide çözünen maddenin konsantrasyonuna doygunluk konsantrasyonu denir. Doymamış Çözelti Belirli sıcaklık ve basınçta birim hacimde çözebileceğinden daha az madde çözmüş olan çözeltilere doymamış çözelti denir. Diğer bir ifade ile çözücünün çözebileceğinden daha az madde içeren çözeltilere denir. Örneğin: 100 mL su 20°C’ta en fazla 36 g yemek tuzu çözebilir. Aynı sıcaklıkta 100 mL suda 36 g’dan daha az yemek tuzu çözünürse, buna doymamış çözelti denir. Doymamış çözeltilerin derişimi aynı sıcaklıkta doymuş çözeltilerin derişiminden ( konsantrasyonundan ) düşüktür. Belirli bir sıcaklığa göre doymuş olan bir çözeltinin sıcaklığı yükseltilirse, daha çok madde çözebileceği duruma gelir. Kısaca doymuş çözelti doymamış çözelti haline gelir ( çözünürlüğü sıcaklıkla artan maddeler için). Doymamış bir katı – sıvı çözeltisi sabit sıcaklıkta; çözeltiden yeterli miktarda çözücü buharlaştırılarak ve çözeltiye çözünen madde ekleyerek; doygun hale getirilebilir. Aşırı Doymuş Çözelti Belirli bir sıcaklıkta, belirli miktardaki çözücünün çözebileceğinden daha fazla maddeyi çözmüş olan çözeltilere aşırı doymuş çözeltiler denir. Bir başka ifadeyle konsantrasyonu (derişimi), doygunluk konsantrasyonundan fazla olan çözeltilere de aşırı doymuş çözelti denir. Aşırı doymuş çözeltiler kararsız olup, çözünen maddenin çok az miktarı eklendiğinde ya da çözelti çalkalandığında fazladan çözünmüş olan madde çöker. Bazı hallerde ise doymuş çözeltide çözeltinin sıcaklığını artırarak daha fazla madde çözünmesi sağlanabilir. Bu çözeltiler soğutulduğunda fazladan çözünen kısım çözeltide kalabilir. Belirli miktarda çözücü içinde çözünen madde miktarına göre çözeltiler seyreltik ve derişik olmak üzere 2 grupta incelenir. Doymamış çözeltilerdeki çözünen miktarı bazen çok seyreltik, seyreltik veya derişik şeklinde de tanımlandığı olur. Ancak bu nitel bir tanımlamadır. Yani derişikliğin veya seyreltikliğin sınırı belli değildir. Örneğin seyreltik denilen bir çözeltiye az miktarda daha madde eklendiğinde elde edilen yeni çözelti bir öncekine göre derişik, ancak bir miktar daha madde eklenerek elde edilecek olan bir sonrakinden seyreltiktir. SEYRELTİK ÇÖZELTİLER Seyreltik çözeltiler, içinde az miktarda çözünmüş madde içeren çözeltidir. Laboratuarda bazen, mevcut çözeltilerden daha seyreltik çözelti hazırlanabilir. Böyle durumlarda yeni veya konsantrasyonu ( derişimi ) belli olanın seyreltilmesiyle istenilen çözelti elde edilebilir. Seyreltme işlemi yapılacaksa çözeltinin uzun süre beklemiş çözelti olmamasına dikkat edilmelidir. Seyreltme işlemi, derişimi bilinen çözeltiye, çözücü ( genelde su ) ekleyerek yapılabilir. Bir çözelti, çözücü katılarak seyreltildiği zaman, hacmi artar. Böyle olunca konsantrasyonu ( derişimi ) azalır. Çözünen madde miktarı değişmediği için hacim ve konsantrasyon çarpımı değişmez. DERİŞİK ÇÖZELTİLER Derişik çözeltiler, çok miktarda çözünmüş madde içeren çözeltidir Laboratuarda bazen yeni bir çözelti hazırlamak yerine hazır bulunan çözeltiyi deriştirerek kullanmak tercih edilir. Deriştirme işlemi, çözeltiden çözücünün uzaklaştırılmasıyla veya çözeltiye çözünen eklenmesi ile gerçekleştirilir. Çözücünün buharlaştırılması genelde katı – sıvı çözeltilerde gerçekleştirilir. Sıvı – sıvı çözeltilerde çoğunlukla çözünen eklenerek derişimi artırılır. Çözeltiden çözücü uzaklaştırırken çözünen çökmemelidir. Çözünende çökme olursa aşırı doymuş çözelti halini alır. Çözeltilerin derişimini arttırmak için madde ilavesinde; Var olan hazır çözeltideki çözünen madde miktarı hesaplanır. Hazırlanması istenen çözelti için ne kadar maddeye ihtiyaç olduğu hesaplanır Hesaplanan kadar madde ya doğrudan tartılıp çözeltiye eklenir veya Derişik asitler gibi sıvı kullanılması gerekiyorsa, yoğunluk ve yüzde değerleri yardımıyla kaç mililitre madde alınması gerektiği hesaplanır ve Hesaplanan kadar madde hazır çözeltiye eklenir.