Kimya I · 4. Ünite: Sulu Çözelti Tepkimeleri
Sulu Çözeltilerin Genel Özellikleri
Su, kimyasal tepkimelerin büyük çoğunluğunun gerçekleştiği ortamdır; hücrelerden okyanuslara kadar canlı ve cansız sistemlerin çoğu sulu çözeltidir. Bu konuda çözelti (solution) kavramını, suyun kutupluluğunun iyonik ve kutuplu maddeleri nasıl çözdüğünü (hidratasyon), elektrolit olan ve olmayan maddelerin ayrımını ve çözeltinin elektrik iletkenliğinin neden iyon derişimine bağlı olduğunu inceleyeceksin. Sonunda bir bileşiğin ayrışma denkleminden iyon derişimlerini, van't Hoff faktörünü ve zayıf bir elektrolitin iyonlaşma yüzdesini hesaplayabilir, bir çözeltideki iletkenlik farklarını tanecik düzeyinde açıklayabilirsin.
Öğrenme hedefleri
- Suyun kutupluluğu ve hidratasyon kavramıyla iyonik bir katının suda çözünme sürecini tanecik düzeyinde açıklar.
- Maddeleri kuvvetli elektrolit, zayıf elektrolit ve elektrolit olmayan olarak sınıflandırır ve her biri için ayrışma/iyonlaşma denklemini yazar.
- Bir tuzun formül biriminden her iyonun mol sayısını ve çözeltideki molar derişimini (ayrı ayrı ve toplam) hesaplar.
- van't Hoff faktörünü ($i$) tanımlar; kuvvetli ve zayıf elektrolitler için toplam çözünmüş tanecik derişimini bulur.
- Zayıf bir asitte iyonlaşma yüzdesini $\alpha \approx \sqrt{K_a/c}$ ile hesaplar ve seyreltmenin etkisini yorumlar.
- Çözeltilerin iletkenliğini iyon derişimi ile ilişkilendirir ve ampul parlaklığı üzerinden karşılaştırır.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Neden Sulu Çözeltiler?
2. Suyun Kutupluluğu ve Hidratasyon
3. Elektrolitler: Kuvvetli, Zayıf ve Olmayan
4. İyon Derişimleri ve van't Hoff Faktörü
5. Zayıf Elektrolitler: İyonlaşma Yüzdesi ve Seyreltme Etkisi
6. Elektriksel İletkenlik ve Simülasyonda Gözlem
7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Elektrolit (electrolyte)
- Suda çözündüğünde iyon oluşturarak çözeltisinin elektriği iletmesini sağlayan madde.
- Hidratasyon (hydration)
- Çözünen iyonların ya da kutuplu moleküllerin su molekülleri tarafından sarılması.
- Kuvvetli elektrolit
- Çözünen kısmı suda tamamen iyonlarına ayrışan madde; tek yönlü okla gösterilir.
- Zayıf elektrolit
- Suda yalnızca küçük bir kısmı iyonlaşan madde; denge oku ile gösterilir.
- van't Hoff faktörü (i)
- Çözeltideki toplam çözünmüş tanecik sayısının çözünen formül birimi sayısına oranı.
- İyonlaşma yüzdesi (α × 100)
- Başlangıçtaki zayıf elektrolit moleküllerinin iyonlaşan kesri yüzde olarak.
- Dipol momenti
- Kısmi yükler arasındaki ayrılığı gösteren, su gibi kutuplu moleküllerin çözücü özelliğini belirleyen nicelik.
- Seyirci iyon (spectator ion)
- Çözeltide bulunan ama tepkimeye katılmayan, net denklemde yer almayan iyon.
Örnek soru
Eşit derişimli ($0{,}10\,\text{M}$) aşağıdaki sulu çözeltilerin her birine bir iletkenlik devresi (ampul) bağlanıyor. Hangisinde ampul hiç yanmaz?
- Sodyum klorür ($\text{NaCl}$)
- Hidroklorik asit ($\text{HCl}$)
- Etanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$)
- Potasyum hidroksit ($\text{KOH}$)
- Asetik asit ($\text{CH}_3\text{COOH}$)
Doğru cevap: C
Çözüm
1. Ampulün yanması için çözeltide serbest hareket eden iyonlar gerekir.
2. $\text{NaCl}$ çözünür iyonik tuzdur, $\text{HCl}$ kuvvetli asittir, $\text{KOH}$ kuvvetli bazdır; üçü de tamamen iyonlaşır (parlak).
3. $\text{CH}_3\text{COOH}$ zayıf elektrolittir; $0{,}10\,\text{M}$'da yaklaşık $\%1{,}3$ iyonlaşır, ampul çok sönük de olsa yanar.
4. Etanol kutuplu bir moleküldür; $-\text{OH}$ grubuyla su ile hidrojen bağı yapıp moleküller halinde çözünür, iyon oluşturmaz.
Doğru cevap C. En güçlü çeldirici E'dir: asetik asit "zayıf" olduğu için hiç yanmayacağı sanılır, oysa kısmi iyonlaşma küçük de olsa sıfır olmayan bir iletkenlik verir.