Kimya I · 10. Ünite: Çözeltiler ve Koligatif Özellikler
Ozmotik Basınç
Ozmoz (osmosis), çözücü moleküllerinin yarı geçirgen (semipermeable) bir zardan seyreltik çözeltiden derişik çözeltiye doğru net akışıdır. Bu akışı durdurmak için derişik tarafa uygulanması gereken basınç ozmotik basınçtır ($\pi$) ve seyreltik çözeltide $\pi = i\,M\,R\,T$ ideal gaz yasasına benzer yalın bir bağıntıyla verilir. Bu konuda bağıntıyı kimyasal potansiyel eşitliğinden türetecek, hücrelerin hipotonik–izotonik–hipertonik ortamlardaki davranışını ve ters ozmozla deniz suyu arıtmayı açıklayacak, ozmotik basıncın protein ve polimer gibi büyük moleküllerin mol kütlesi tayininde neden en duyarlı koligatif özellik olduğunu hesaplarla göstereceksin.
Öğrenme hedefleri
- Ozmozu ve ozmotik basıncı yarı geçirgen zar, çözücü akış yönü ve kimyasal potansiyel farkı üzerinden tanımlar; akış yönünü etkin tanecik derişimlerini ($i\cdot M$) karşılaştırarak belirler.
- $\pi = i\,M\,R\,T$ bağıntısını kimyasal potansiyel eşitliğinden ve seyreltik çözelti yaklaşımlarıyla türetir; birim analizi yapar ve $R = 0.082057\,\text{L·atm/(mol·K)}$ ile $T$'yi Kelvin cinsinden kullanır.
- Verilen derişim ve sıcaklık için ozmotik basıncı atm, mmHg ve su sütunu yüksekliği cinsinden hesaplar; verilen $\pi$ değerinden izotonik çözelti derişimini bulur.
- Çözeltileri kan ve hücre içi sıvısına göre hipotonik, izotonik ya da hipertonik olarak sınıflandırır ve hücrenin şişme ya da büzülme davranışını açıklar.
- Ters ozmozda uygulanması gereken minimum basıncı ($P > \pi$) hesaplar ve geri kazanım oranı arttıkça gerekli basıncın neden arttığını açıklar.
- Ozmotik basınçtan protein ve polimerlerin mol kütlesini hesaplar; $\pi/c$–$c$ grafiğinin kesişiminden ($\pi/c = RT/M + \ldots$) mol kütlesine ulaşır ve koligatif özelliklerin duyarlılıklarını karşılaştırır.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Turşu, Kan Hücresi ve Deniz Suyu
2. Ozmotik Basınç: Van't Hoff Bağıntısı ve Türetilmesi
3. Tonisite: Hücre ve Çevresi
4. Ters Ozmoz ve Su Arıtma
5. Mol Kütlesi Tayini: Neden Ozmoz?
6. Çözümlü Örnekler
7. Simülasyona Köprü: U Tüpünde Ozmoz
8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Ozmoz (osmosis)
- Çözücünün yarı geçirgen zardan seyreltik çözeltiden derişik çözeltiye net geçişi.
- Ozmotik basınç (osmotic pressure)
- Çözücü akışını durdurmak için derişik çözeltiye uygulanması gereken basınç: $\pi = iMRT$.
- Yarı geçirgen zar (semipermeable membrane)
- Çözücüyü geçiren, çözünenin çoğunu tutan zar.
- Tonisite (tonicity)
- Dış çözeltinin hücre içine göre ozmotik durumu: hipotonik, izotonik, hipertonik.
- Ozmolarite (osmolarity)
- Litredeki ozmotik olarak etkin tanecik sayısı ($i\cdot M$, ozmol/L).
- Ters ozmoz (reverse osmosis)
- Derişik tarafa $P > \pi$ uygulayarak çözücüyü derişikten seyreltiğe geçirme; deniz suyu arıtmada kullanılır.
- Hemoliz / krenasyon
- Hipotonik ortamda kırmızı kan hücresinin şişip patlaması / hipertonik ortamda büzülmesi.
- Turgor ve plazmoliz
- Bitki hücresinin su alıp gerginleşmesi / hipertonik ortamda zarın duvardan ayrılması.
Örnek soru
$0.100\,\text{M}$ glikoz çözeltisinin $25\,\text{°C}$'deki ozmotik basıncı yaklaşık kaç atm'dir? ($R = 0.082057\,\text{L·atm/(mol·K)}$)
- 0.205
- 4.89
- 24.5
- 2.45
- 0.0245
Doğru cevap: D
Çözüm
1. Glikoz iyonlaşmaz ⇒ $i = 1$. $T = 25 + 273.15 = 298.15\,\text{K}$.
2. $\pi = i M R T = 1 \times 0.100 \times 0.082057 \times 298.15 = \mathbf{2.45\,\text{atm}}$.
$0.205$ sıcaklığı $\text{°C}$ ($25$) bırakmaktır, $4.89$ $i = 2$ almaktır, $24.5$ derişimi $1\,\text{M}$ almaktır, $0.0245$ ise ondalık hatasıdır.