Kimya I · 10. Ünite: Çözeltiler ve Koligatif Özellikler
Çözünme Süreci ve Çözünürlük
Çözelti (solution), iki ya da daha fazla maddenin moleküler düzeyde karıştığı homojen karışımdır. Bu konuda çözünmeyi üç basamaklı bir enerji çevrimi olarak kuracak, kendiliğinden çözünmenin neden yalnızca entalpiye değil entropiye de bağlı olduğunu göreceksin. Doymuş çözelti ve çözünürlük (solubility) kavramını dinamik denge olarak tanımlayıp katıların sıcaklık bağımlılığını Le Chatelier ilkesi ve van't Hoff bağıntısıyla, gazların basınç bağımlılığını Henry yasasıyla niceleyeceksin. Sonunda bir çözünürlük eğrisinden kristallenme hesabı yapabilir, gaz çözünürlüğünü sıcaklık ve basınca göre tahmin edebilirsin.
Öğrenme hedefleri
- Çözünme sürecini çözünen–çözünen ayrılması, çözücü–çözücü ayrılması ve çözünen–çözücü etkileşimi basamaklarına ayırarak $\Delta H_{\text{çöz}}$ değerini hesaplar ve işaretini yorumlar.
- İyonik bir katının çözünme entalpisini kafes ayrışma entalpisi ile hidrasyon entalpisinin toplamı olarak yazar; $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ ile endotermik çözünmelerin kendiliğinden yürüyebildiğini açıklar.
- Moleküller arası kuvvetlere dayanarak "benzer benzeri çözer" ilkesini kullanır ve verilen çözünen–çözücü çiftleri için çözünürlüğü karşılaştırır.
- Doymamış, doymuş ve aşırı doymuş çözeltiyi ayırt eder; çözünürlük eğrisinden belirli bir su kütlesinde çözünen ya da soğutulunca çöken madde kütlesini hesaplar.
- Katıların çözünürlüğünün sıcaklıkla değişimini çözünme entalpisinin işaretiyle ilişkilendirir; $\ln(S_2/S_1)$ bağıntısıyla $\Delta H_{\text{çöz}}$ için kaba bir tahmin yapar.
- Henry yasasıyla ($S_g = k_H P_g$) bir gazın çözünürlüğünü hesaplar, birim analizi yapar ve gaz çözünürlüğünün sıcaklıkla azalmasını açıklar.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Tuz Suda Çözünür, Yağ Çözünmez
2. Çözünme Süreci ve Entalpi Çevrimi
3. Benzer Benzeri Çözer: Moleküller Arası Kuvvetler
4. Doygunluk, Çözünürlük ve Dinamik Denge
5. Katıların Çözünürlüğü ve Sıcaklık
6. Gazların Çözünürlüğü: Henry Yasası
7. Çözümlü Örnekler
8. Simülasyona Köprü: Eğriyi Kendin Keşfet
9. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Çözünürlük (solubility)
- Belirli bir sıcaklıkta (ve gazlarda basınçta) 100 g çözücüde dengede çözünebilen en fazla madde kütlesi; denge özelliğidir.
- Doymuş çözelti (saturated solution)
- Çözünme ve çökelme hızlarının eşit olduğu, dinamik dengedeki çözelti.
- Aşırı doymuş çözelti (supersaturated)
- Çözünürlükten fazla çözünen taşıyan kararsız çözelti; tohum kristalle fazlalık çöker.
- Çözünme entalpisi (enthalpy of solution)
- Çözünme sırasındaki ısı alışverişi; kafes ayrışma ve hidrasyon entalpilerinin toplamıdır.
- Kafes ayrışma entalpisi (lattice enthalpy)
- Bir mol iyonik katıyı gaz hâlindeki iyonlarına ayırmak için gereken enerji; her zaman pozitiftir.
- Hidrasyon entalpisi (hydration enthalpy)
- Gaz hâlindeki iyonların suda sarılırken açığa çıkardığı enerji; negatiftir.
- Henry yasası (Henry's law)
- Bir gazın çözünürlüğü, sıvı üzerindeki kısmi basıncıyla doğru orantılıdır: $S_g = k_H P_g$.
- Benzer benzeri çözer (like dissolves like)
- Çözünen ve çözücünün moleküller arası kuvvetleri benzerse çözünme kolaylaşır.
- Kristallendirme (recrystallization)
- Sıcakta doyurulan çözeltinin soğutulup çözünürlük farkı kadar katının ayrılmasıyla saflaştırma.
Örnek soru
Aşağıdaki çözünen–çözücü çiftlerinden hangisinde çözünmenin en az olması beklenir?
- CH₃OH(s) – su
- I₂(k) – karbon tetraklorür (CCl₄)
- NaCl(k) – hekzan (C₆H₁₄)
- NH₃(g) – su
- C₆H₁₄(s) – benzen
Doğru cevap: C
Çözüm
1. İlke: benzer benzeri çözer. Çözünme, çözünen–çözücü çekiminin kırılan çözünen–çözünen ve çözücü–çözücü çekimlerini yaklaşık karşılamasıyla kolaylaşır.
2. NaCl iyonik bir katıdır; iyon–iyon çekimi çok güçlüdür. Apolar hekzan iyonları sarabilecek iyon–dipol etkileşimi kuramaz, dolayısıyla NaCl hekzanda çözünmez.
3. CH₃OH–su ve NH₃–su arasında H bağı vardır; I₂–CCl₄ ve hekzan–benzen apolar London kuvvetleriyle benzer çiftlerdir.
En güçlü çeldirici I₂–CCl₄ gibi görünse de her ikisi de apolar olduğundan çözünme kolaydır.