Sıvı Çözeltiler ve Çözünürlük 💧

Sıvı Çözeltiler ve Çözünürlüğün Prensipleri

Çözeltiler, iki veya daha fazla maddenin homojen olarak karışmasıyla oluşan sistemlerdir. Genellikle bir bileşen (çözücü) diğerini (çözünen) kendi içinde dağıtır. Sıvı çözeltiler, kimya ve biyolojinin birçok alanında temel bir role sahiptir.

Çözünme Süreci ve Enerjisi

Çözünme, çözücü ve çözünen arasındaki moleküller arası kuvvetlerin etkileşimiyle gerçekleşen fiziksel bir süreçtir. Bu süreç, üç enerji değişiminin birleşimi olarak görülebilir:

Çözücü moleküllerinin birbirinden ayrılması (Endotermik, ΔH_çözücü > 0).
Çözünen moleküllerinin birbirinden ayrılması (Endotermik, ΔH_çözünen > 0).
Çözücü ve çözünen molekülleri arasında yeni etkileşimlerin oluşması (Ekzotermik, ΔH_karışım < 0).

Toplam çözünme entalpisi (ΔH_çözünme) bu üç terimin toplamıdır: ΔH_çözünme = ΔH_çözücü + ΔH_çözünen + ΔH_karışım. Çözünmenin kendiliğinden gerçekleşmesi için ΔH_çözünme değeri düşük (ekzotermik veya hafif endotermik) olmalı ve/veya entropi (düzensizlik) artışı (ΔS > 0) yeterince büyük olmalıdır. Genellikle, ΔS çözünme olaylarında pozitiftir.

Benzer Benzeri Çözer İlkesi

Bu ilke, moleküller arası kuvvetlerin çözünürlük üzerindeki önemini vurgular:

Polar Çözücüler (örn. su): Genellikle polar çözünenleri (örn. iyonik bileşikler, alkoller, amonyak) çözerler. Çünkü su molekülleri arasındaki dipol-dipol ve hidrojen bağları, polar çözünenlerle benzer etkileşimler kurarak kararlı çözeltiler oluşturur. Bu olaya hidrasyon denir.
Apolar Çözücüler (örn. benzen, heksan): Genellikle apolar çözünenleri (örn. yağlar, parafin, karbon tetraklorür) çözerler. Bu durumda baskın olan etkileşimler indüklenmiş dipol-indüklenmiş dipol (London) kuvvetleridir. Genel olarak solvatasyon terimi, çözücü moleküllerinin çözünen taneciklerini sarması olayını ifade eder.

Derişim Birimleri

Çözeltinin nicel bileşimini ifade etmek için çeşitli derişim birimleri kullanılır:

Molarite (M): Çözünen mol sayısı / Çözelti hacmi (L).
Molalite (m): Çözünen mol sayısı / Çözücü kütlesi (kg). (Sıcaklıktan etkilenmeyen tek derişim birimidir).
Kütlece Yüzde (% kütle/kütle): (Çözünen kütlesi / Çözelti kütlesi) * 100.
Hacimce Yüzde (% hacim/hacim): (Çözünen hacmi / Çözelti hacmi) * 100.
Milyonda Kısım (ppm): (Çözünen kütlesi / Çözelti kütlesi) * 10⁶ (çok düşük derişimler için).
Mol Kesri (X): Bir bileşenin mol sayısı / Karışımdaki toplam mol sayısı. Bir çözeltideki tüm bileşenlerin mol kesirleri toplamı 1'dir.

Koligatif Özellikler

Koligatif özellikler, çözeltideki çözünenin miktarına (derişimine) bağlı olan, ancak çözünenin kimyasal yapısına bağlı olmayan özelliklerdir. Bu özellikler, çözünenin çözücünün fiziksel özelliklerini nasıl değiştirdiğini açıklar.

Buhar Basıncı Alçalması (Raoult Yasası): Uçucu olmayan bir çözünenin saf bir çözücüye eklenmesi, çözücünün buhar basıncını düşürür. Raoult Yasası'na göre: P_çözelti = X_çözücü * P°_çözücü. (P°_çözücü: saf çözücünün buhar basıncı, X_çözücü: çözücünün mol kesri).
Kaynama Noktası Yükselmesi: Çözeltinin kaynama noktası, saf çözücünün kaynama noktasından daha yüksektir. Yükselme miktarı: ΔT_k = K_k * m * i. (K_k: molal kaynama noktası yükselmesi sabiti, m: molalite, i: Van't Hoff faktörü).
Donma Noktası Alçalması: Çözeltinin donma noktası, saf çözücünün donma noktasından daha düşüktür. Alçalma miktarı: ΔT_d = K_d * m * i. (K_d: molal donma noktası alçalması sabiti, m: molalite, i: Van't Hoff faktörü).
Ozmotik Basınç (Π): Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış, farklı derişimdeki iki çözelti arasında çözücü moleküllerinin daha düşük derişimli bölgeden daha yüksek derişimli bölgeye geçişiyle (ozmoz) oluşan basınçtır. Π = iMRT. (M: molarite, R: ideal gaz sabiti, T: mutlak sıcaklık, i: Van't Hoff faktörü).

Van't Hoff Faktörü (i)

Elektrolitler (iyonik bileşikler veya kuvvetli asit/bazlar) çözündüklerinde iyonlarına ayrışırlar ve bu durum çözeltideki tanecik sayısını artırır. Bu nedenle koligatif özellikler üzerindeki etkileri, aynı mol sayısı için elektrolit olmayanlara göre daha fazladır. Van't Hoff faktörü (i), bir mol çözünenin çözeltide oluşturduğu tanecik sayısını temsil eder (örn. NaCl için i≈2, MgCl₂ için i≈3, elektrolit olmayanlar için i=1).

Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler

Sıcaklık: Genellikle katıların çözünürlüğü sıcaklıkla artarken (endotermik çözünmeler), gazların çözünürlüğü sıcaklıkla azalır (ekzotermik çözünmeler).
Basınç: Basınç, katı ve sıvıların çözünürlüğünü önemli ölçüde etkilemezken, gazların çözünürlüğünü artırır (Henry Yasası: C = kP, C: gaz derişimi, k: Henry sabiti, P: gazın kısmi basıncı).
Çözücü Cinsi ve Çözünen Cinsi: Daha önce bahsedilen benzer benzeri çözer ilkesi.

AYT Kimya