homojen karışımlar

KARIŞIMLAR
HOMOJEN KARŞIMLAR
1.ÇÖZÜCÜLER VE ÇÖZELTİLER:
Kimyasal tepkimeler arasında, çözelti ve çözelti tepkimeleri önemli yer tutmaktadır. Bir maddenin başka bir
madde içinde, gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler halinde dağılmasıyla oluşan homojen karışıma, çözelti
denir. Çözeltilerde, genellikle miktarca çok olana, çözücü (çözen); az olana ise çözünen denir.
TUZ + SU
TUZLU SU
(çözünen) (çözücü)
(çözelti)
Maddenin üç fiziksel halinin değişik şekillerde bir araya gelmesiyle; katı-katı, katı-sıvı, katı-gaz, sıvı-sıvı,
gaz-sıvı ve gaz-gaz şeklinde çözelti türleri oluşur. Biz bunlardan sadece çözücüsü sıvı olan çözeltileri
inceleyeceğiz.
Çözeltiler, bir çözücü içinde çözünen madde miktarının az veya çok olmasına göre ikiye ayrılır:
1.Seyreltik çözeltiler (Çözeni çok çözüneni az olan çözeltidir.)
2.Derişik çözeltiler (Çözüneni çok olan çözeltilerdir.)
Çözeltiler içerdikleri çözünen madde miktarına göre de üçe ayrılır:
1.Doymamış çözelti
2.Doymuş çözelti
3.Aşırı doymuş çözelti
1.Doymamış çözelti: Belirli bir sıcaklıkta, belirli bir miktar çözücünün çözebileceğinden daha az çözünen
madde içeren çözeltiye DOYMAMIŞ ÇÖZELTİ denir.
20 °C ta 100 ml (100 gram) su, en fazla 36 gram NaCl çözebilir.
20 °C ta 100 gram suya 36 gramdan az (örneğin 15 gram) NaCl ekleyerek elde ettiğimiz çözelti doymamış
çözeltidir.
2.Doymuş çözelti: Belirli bir sıcaklıkta, belirli bir miktar çözücünün, çözebileceği en fazla miktarda maddeyi
çözmüş olan çözeltiye DOYMUŞ ÇÖZELTİ denir.
20 °C ta 100 gram suya 36 gram NaCl ekleyerek elde ettiğimiz çözelti doymuş çözeltidir.
3.Aşırı doymuş çözelti: Belirli bir sıcaklıkta, belirli bir miktar çözücünün çözebileceğinden daha fazla
çözünen madde içeren çözeltiye AŞIRI DOYMUŞ ÇÖZELTİ denir.
Aşırı doymuş çözeltiler soğutulduklarında, çözünmüş olan maddenin bir miktarı dibe çöker, çözelti doymuş
hale gelir.
Çözeltiler elektrik akımını iletiyorsa, ELEKTROLİT ÇÖZELTİLER; elektrik akımını iletmiyorsa ELEKTROLİT
OLMAYAN ÇÖZELTİLER adını alır.
Elektrolit çözelti
Tuzlu su
Elektrolit olmayan çözelti
Şekerli su
Hava bir çözeltidir. Çünkü, havayı oluşturan azot, oksijen, karbon dioksit ve diğer gazlar birbiri içerisinde
homojen bir şekilde dağılmıştır. Bu durum bütün gaz karışımları için geçerlidir. O halde bütün gaz karışımlarının birer
çözelti olduğunu söyleyebiliriz.
Sıvı karışımları için bu kural geçerli değildir. Örneğin zeytinyağı-su karışımı homojen olmadığı için çözelti
değildir. Aynı şekilde karbontetraklorür-su karışımı da çözelti değildir. Metaller birbirleriyle homojen karışımlar
yaparak alaşımları meydana getirebilir. Alaşımları genel olarak çözelti kabul edebiliriz.
ÇÖZÜCÜ
KATI
ÇÖZÜNEN
KATI
KATI
KATI
SIVI
SIVI
SIVI
GAZ
GAZ
GAZ
SIVI
GAZ
KATI
SIVI
GAZ
KATI
SIVI
GAZ
ÇÖZELTİ
Alaşımlar
(Bronz=Bakır+Kalay+Kurşun)
(Pirinç=Bakır+Çinko)
Amalgam
Oluşmaz
Tuzlu-su
Alkol-Su
Gazoz
Oluşmaz
Nem
Temiz Hava , Doğal Gaz
2.ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ:
Saf bir sıvının belli bir basınçtaki kaynama sıcaklığı sabit olup, kaynama süresince sıcaklık değişmez.
Çözeltilerin belirli bir kaynama sıcaklıkları yoktur. Kaynama sıcaklıkları saf çözücününkinden daha yüksektir ve
kaynama sırasında sıcaklık sürekli artar.
Saf sıvıların, sabit basınçta belli bir donma sıcaklıkları olmasına rağmen; çözeltilerin belli bir donma
sıcaklıkları yoktur. Donma sırasında sıcaklık sürekli düşer. Sulu çözeltilerin tamamı 0 °C ın altında donar.
Çözeltilerde kaynama noktasının yükselmesi ile donma noktasının düşmesi, çözünen madde miktarına ve
bunun çözeltide oluşturacağı tanecik (molekül veya iyon) sayısına bağlıdır; maddenin türüne bağlı değildir.
Günlük hayatta homojen gördüğümüz her şey göründüğü gibi (gözün
-4
seçtiği en küçük boyut: 10 m) olmayabilir. Bunlara büyüteç, mikroskop,
dürbün vb. ile baktığımızda bazılarının heterojen olduğunu fark ederiz. Su
içerisine şeker veya tuz atılıp karıştırıldığında katı madde suda kaybolur,
çıplak gözle ya da mikroskopla bakıldığında çözünen görünmez.
Diğer yandan içerisinde asılı halde çok küçük madde parçaları bulunan bir sıvıdan (örneğin, tebeşir tozu-su
karışımı) ışık geçirildiğinde parçacıklar, ışığı yansıtarak görünür hale gelir. Oysa aynı ışık demeti şeker ya da tuz
içeren sudan geçirildiğinde hiçbir şey görünmez. O halde su ile şeker veya tuz karışımında su molekülleri ile şeker
molekülleri ya da tuz iyonları tamamıyla karışmış (homojen) durumdadır.
Homojenliğin anlamı, "boyutu 10 nanometreden (nm) daha küçük olacak şekilde dağılmış
maddelerin oluşturduğu homojen karışım" şeklinde tanımlayabiliriz.
3.SIVI ÇÖZELTİLERDE ÇÖZÜCÜ VE ÇÖZÜNEN ARASINDAKİ ETKİLEŞİM:
Apolar moleküller arasındaki çekim kuvveti yalnızca London kuvvetleridir. London kuvvetleri, çekirdek
etrafındaki elektron bulutunun herhangi bir anda simetrik olmamasından kaynaklanır. Dipol-dipol etkileşimi; su,
kloroform, hidrojen florür gibi polar sıvılarda ve polar moleküllü katılarda görülür. Polar sıvıların birbirleri içinde
çözünmeleri moleküllerin bu etkileşimin sonucudur.
Dipol-dipol etkileşimi, iyon-dipol etkileşiminden daha zayıftır. Etkileşim, moleküller arası uzaklığa daha çok
bağlıdır. Polar moleküller arasındaki dipol-dipol kuvvetleri London kuvvetlerinden çok daha güçlüdür. Güçlü dipoldipol etkilere ilave olarak bazı moleküllerde hidrojen bağlarından dolayı moleküller arası güçlü çekim kuvvetleri
görülebilir.
Apolar ve polar maddeler genellikle birbirleri ile karışmaz.
Örneğin, CCI4 (karbontetraklorür) polar bir madde olan su ile karışmaz. Çünkü su moleküllerinin kendi
arasındaki çekim kuvveti, su ve CCI4 moleküllerinin çekim kuvvetinden çok daha fazladır. Su molekülleri CCI4
moleküllerini çekmeyi tercih etmez. Oluşan bu karışım da yoğunluğu fazla olan CCI4 dibe çöker, su üstte kalır.
Böylece iki ayrı bileşenli iki saf faz içeren bir sistem elde edilmiş olur.
Apolar yapıya sahip I2 (iyot) apolar CCl4'de rahatlıkla çözünür. Katı I2’ta moleküller arası çekim kuvveti, sıvı
CCI4 molekülleri arasındaki çekim kuvvetine oldukça yakındır. Dolayısıyla katı I2 ve sıvı CCI4 molekülleri rahatlıkla
karışabilir. Polar moleküllerin su ile karışma isteği çok yüksektir. Örneğin, etanol su ile her oranda rahatlıkla
karışabilir. Etanol polar olmayan çözücülerde genelde çözünmez.
Genellikle polar maddeler yalnızca polar çözücülerde, apolar maddeler apolar çözücülerde çözünür. Bir
başka deyişle “benzer benzeri çözer”.
+
-
NaCl kristalindeki Na iyonu Cl iyonları tarafından her yöne eşit
+
ölçüde çekilmektedir. Aynı şekilde her bir Cl iyonuda Na iyonu
tarafından her yöne eşit ölçüde çekilmektedir. Yüzeydeki iyonlarda ise
elektrostatik çekim kuvvetleri denkliği yoktur. Su molekülleri, bu yüzey
+
iyonlarının artı olanlarını (Na ) eksi uçlarıyla, eksi olanlarını (Cl ) da artı
uçlarıyla çekerek katı fazdan çözeltiye taşır. Böylece iyon-dipol
etkileşmesinin, iyonları kristal yüzeyinden uzaklaştırarak çözeltiye
geçirecek güçte olduğu görülür. Çözünen iyonların su molekülleri ile
çevrilmesi sonucunda oluşan çözünmeye hidratlaşma(hidratasyon)
denir. Eğer su yerine başka bir çözücü tercih edilirse hidratlaşma yerine
solvatasyon(solvatize olma) kelimesi kullanılır.
4.ÇÖZÜNME ENTALPİSİ:
Bir çözelti oluşumu sırasında çözücü ve çözünen tanecikler arasında etkileşim kuvvetleri ortaya
çıkacağından enerji değişimi de kaçınılmazdır.
Çözünme sürecinin üç ayrı basamakta gerçekleştiğini söyleyebiliriz.
Birinci basamak;çözücü moleküllerinin ayrılması,
İkinci basamak; çözünen moleküllerinin ayrılmasıdır.
Bu basamaklarda moleküllerarası çekim kuvvetlerini yenmek için bir miktar enerji gerekir. Dolayısıyla bu
basamaklar endotermiktir.
Üçüncü basamakta; çözücü ve çözünen molekülleri karışır. Bu basamak endotermik veya ekzotermik olabilir.
Çözeltinin ısısına “ΔHçözelti” dersek, çözelti ısısı bu üç basamağın ısıları toplamına eşittir. ΔHçözelti=ΔH1+ΔH2+ΔH3
Eğer çözünen ile çözücü tanecikleri arasındaki etkileşim, çözünen ve çözücünün kendi tanecikleri
arasındaki etkileşimden daha kuvvetli ise çözünme işlemi (çözelti oluşumu) ekzotermik olarak gerçekleşir.
(ΔHçözelti<O).
Eğer çözünen ile çözücü etkileşimi, çözünen ve çözücünün kendi tanecikleri arasındaki etkileşimden daha
zayıf ise çözünme işlemi (çözelti oluşumu) endotermiktir. (ΔHçözelti>O).
Çözünen iyonların su molekülleri ile çevrilmesi sonucunda oluşan çözünmeye hidratlaşma (hidratasyon)
denir. Eğer su yerine başka bir çözücü tercih edilirse hidratlaşma yerine solvatasyon (solvatize olma) kelimesi
kullanılır.
ÇÖZELTİLERİN DERİŞİMİ
1.ÇÖZELTİLER:
Çözücü ve çözünenin oluşturduğu homojen karışımlara çözelti denir. Çözücüsü su olan çözeltilere sulu
çözeltiler denir.
2.ÇÖZELTİ DERİŞİMLERİ:
Derişim, verilen bir çözücüde ya da çözeltide bulunan çözünen miktarının bir ölçüsüdür. Derişimin değişik
amaçlar için değişik birimlerle verilmesi mümkündür.
Kütlece Yüzde Derişim
Çözeltinin 100 gramında çözünmüş olarak bulunan maddenin gram cinsinden madde miktarına, kütlece
yüzde derişim denir.
Çözünenin kütlesi
Kütlece yüzde derişim = --------------------------- x 100
Çözeltinin kütlesi
SORU: 135 gram su içinde 15 gram şeker çözülerek hazırlanan çözelti kütlece yüzde kaçlıktır?
Hacimce yüzde derişim
Sıvı-sıvı çözeltiler hacim olarak ölçülebildiğinden bazı çözeltilerin derişimleri hacim yüzdesine göre
hazırlanır.
Örneğin;-15,6°C'ta donan ve antifiriz olarak da kullanılan metanol çözeltisinde hacimce %25 metanol bulunur.
100ml'lik antifiriz çözeltisi 25ml CH3OH bulunduruyor demektir.
Kütle(g)/hacim(ml)
Bu derişim birimi de çözünen kütlesinin çözeltinin hacme oranıyla verilir.
Örneğin;100 ml çözeltide 0,9 g NaCl içeren sulu çözeltinin derişimi %0,9'dur (Kütle/Hacim). Bu birim genellikle tıp
ve eczacılıkta kullanılır.
ppm ve ppb
ppm, (parts per million) milyonda bir birime verilen isimdir. Çok düşük değerleri ifade etmek için kullanılır.
Herhangi bir karışımda toplam madde miktarının milyonda 1 birimlik maddesine 1 ppm denir. Ppm derişim birimi
olarak kullanılır. Her üç harfi de küçük olarak "ppm" şeklinde yazılır. Herhangi bir şeyin milyonda birini de ifade
edebilir.
ppb=parts per billion, milyarda bir gibi daha küçük birimleri ifade eder.
ppm ve ppb orantı ifade ettikleri için boyutsuz niceliklerdir.
ÇÖZÜNME HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER:
1.Çözücü Çözünenin Cinsi: Genel olarak benzer maddeler birbiri içinde daha iyi çözünürler.
2.Temas Yüzeyi: Temas yüzeyinin artırılması çözünme hızını artırır.
3.Karıştırmak: Çözeltinin karıştırılması çözünme hızını artırır.
4.Sıcaklık: Çözeltinin sıcaklığının artırılması katı ve sıvıların hem çözünme hızını hem de çözünürlüğünü artırır.
5.Basınç:Çözeltinin basıncının artırılması gazların hem çözünme hızını hem de çözünürlüğünü artırır.
ÇÖZELTİLERİN DERİŞİME BAĞLI (KOLİGATİF) ÖZELLİKLERİ
1.ÇÖZELTİLERİN DERİŞİME BAĞLI ÖZELLİKLERİ:
Çözünen taneciklerinin kimyasal özelliklerine değil sayılarına (derişimlerine) bağlı olan özelliklere koligatif
özellikler adı verilir. Burada ele alacağımız koligatif özellikler çözücünün buhar basıncının düşmesi, kaynama
sıcaklığının yükselmesi, donma sıcaklığının alçalması ve bir zar (membran) dan farklı derişimdeki çözelti
içine geçme eğilimidir.
Koligatif özellikler, çözünenin cinsine bağlı olmayıp yalnızca çözeltide bulunan taneciklerin derişimine
bağlıdır ve taneciklerin molekül, anyon veya katyon oluşlarından bağımsızdır.
BUHAR BASINCININ DÜŞMESİ:
Çözeltilerin buhar basınçları saf sıvıların buhar basıncından farklıdır.
Tuz, suyun buhar buhar basıncını düşürmüş
kaynama sıcaklığını yükseltmiştir. Çünkü çözeltideki
tuz tanecikleri yüzeydeki çözücü taneciklerinin
sayısını azaltır. Bu durum suyun daha az
buharlaşmasına neden olur.
Çözünen derişimi ile çözeltinin buhar basıncı
arasındaki ilişki Fransız kimyacı F.M.RAULT
tarafından bulunmuştur. Buna göre“uçucu bileşeni
bulunmayan bir çözeltideki buhar basıncı
düşmesi, çözeltideki çözünenin mol kesriyle
orantılıdır.”
(a)saf olan çözücüde
(b)çözeltideki buharlaşma miktarının karşılaştırılması
Herhangi bir çözeltinin buhar basıncı (PT), çözeltiyi oluşturan bileşenlerin buhar basınçlarının (PA , PB ... )
toplamına eşittir.
Çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli bir ideal çözeltide; PA çözücünün kısmi buhar basıncı, PB
çözünenin kısmi buhar basıncıdır. Çözücünün kısmi buhar basıncını hesaplamak için saf çözücünün belirli bir
sıcaklıktaki buhar basıncı (PA) ile çözeltideki mol kesri çarpılır.
DONMA NOKTASI ALÇALMASI ve KAYNAMA NOKTASI YÜKSELMESİ:
Saf sıvıların, sabit basınçta belli bir donma
sıcaklıkları olmasına rağmen çözeltilerin belli bir
donma sıcaklıkları yoktur. Çözeltiler saf çözücülerden
daha düşük sıcaklıklarda donar. Donma, düzensiz bir
durumdan düzenli bir duruma geçişi içermektedir ve
bu geçişte donmanın olduğu sistemden enerji
dışarıya verilir.
Çözelti, çözücüden daha düzensiz
olduğundan düzenli hale gelmesi için saf çözücüye
oranla daha fazla enerjinin uzaklaştırılması gerekir.
Bu yüzden, çözelti çözücüden daha düşük bir donma
noktasına sahiptir. Bir çözeltinin donması sırasında
sıcaklık, doymuş çözelti oluncaya kadar sürekli
düşer.
Açık bir kapta ısıtılan suyun buhar basıncı
gittikçe artar. Bu artış, buhar basıncı dış basınca eşit
oluncaya kadar sürer. Buhar basıncı dış basınca eşit
olunca su kaynamaya başlar. Buna göre bir sıvının
kaynama noktası, sıvının denge buhar basıncının dış
basınca eşit olduğu sıcaklıktır. Diğer bir deyişle gaz
halindeki moleküllerin sıvı üzerine yaptığı basınçtır.
Grafiği incelendiğinde çözeltinin kaynama
noktasının saf suyun kaynama noktasından daha
yüksek olduğu görülmektedir. Dolayısıyla çözeltilerin
kaynama noktası daha yüksek sıcaklıkta gerçekleşir.
Saf bir sıvının belli bir basınçta kaynama
noktası sabittir (kaynama süresince değişmez).
Çözeltilerin belirli sabit bir kaynama noktaları yoktur.
Kaynama noktaları saf çözücününkinden daha
yüksektir ve kaynama sırasında sürekli artar. Bu artış
doymuş çözelti oluncaya kadar devam eder.
Sıcaklığın sabit kalması sonucunda tuzun çökmeye
başlaması doymuş çözeltinin oluştuğunu gösterir.
Donma sıcaklığı alçalması ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine kriyoskopi, kaynama sıcaklığı
yükselmesi ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine ise ebülyoskopi denir.
ΔTd = -Kd.i.m
ΔTd = Donma Noktası Alçalması
Kd= Molal Donma Noktası Alçalma Sabiti (ksu:1,86 )
m = Tanecikleri Toplam Molalitesi (m= n / 1kg Çözücü)
i = İyon yada Molekül sayısı.
ΔTk = Kk.i.m
ΔTk= Kaynama Noktası Yükselmesi
Kk= Molal Kaynama Noktası Yükselme Sabiti (ksu:0.52)
m= Tanecikleri Toplam Molalitesi (m= n / 1kg Çözücü)
i = İyon yada Molekül sayısı.
Tabloyu inceleyerek verilen tuzların donma noktasının nasıl düşürdüğü ve kaynama noktasının nasıl
yükselttiği durumlarını inceleyiniz.
OZMOS:
Yaşamın temeliolan hücreye, madde
girişlerinin bir kısmı ozmos sayesinde olur. Ozmosta
suda çözünmüş maddelerin çok olduğu kısım, suda
çözünmüş maddelerin az olduğu kısma bir emme
kuvveti uygular. Bu emme kuvveti ozmotik basınç
olarak tanımlanır.
Tabiatta, bitkilerin, topraktan su emişi de bu
şekilde gerçekleşir.
Selüloz asetat zar yarı geçirgendir yani
sadece belli tür moleküller ya da iyonlar buradan
geçebilir. Selüloz asetat, çözücü(su)moleküllerin
geçişini engellemez.
Bazı molekül ve iyonların geçmesine izin
verdiği halde bazılarının geçmesine izin vermeyen
zara yarı geçirgen zar (membran) denir.
Ozmotik geçişi durdurmak için çözeltiye
uygulanması gereken basınca çözeltinin ozmotik
basıncı denir. Ozmotik basınçta bir tanecik özelliğidir.
Çünkü bu basıncın büyüklüğü yalnızca çözeltinin
birim hacminde çözünmüş olan çözünenin tanecik
sayısına bağlıdır. Yani, çözünenin cinsine bağlı
değildir.
Tuzlu sudan saf su elde edilmesinde geçiş ters yönde olduğu için bu olaya ters ozmos denir.
Ozmotik basınç ne kadar büyükse yoğun ortama akışı durdurmak için gerekli olan çözeltinin yüksekliği de o
kadar büyüktür. Sulu çözelti ya da su dolu bir kolonun, kabın çeperlerine uygulayacağı basınca hidrostatik basınç
denir.