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 Hç < 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 Hç > 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.

Tb=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.

Tf=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