* Sıvılarda ve katılarda, moleküller, moleküller arası kuvvetlerle bir arada tutulur. Bu kuvvetler aynı zamanda çözeltilerin oluşumunda da temel rol oynar. Maddelerin birbiri içinde çözünüp çözünmeme durumu tanecik yapıları (polar/ apolar) ile tanecikler arası etkileşimlere bağlıdır. Bu etkileşimler London kuvvetleri, dipol—dipol etkileşimi, iyon-dipol etkileşimi ve hidrojen bağıdır.
*Bir madde (çözünen) başka bir madde (çözücü) içinde çözündüğü zaman, çözünen tanecikleri çözünenin her tarafına dağılır. Çözünen tanecikler, çözücü molekülleri arasına girer. Bir çözünen taneciğinin bir çözücü molekülünün yerine geçme kolaylığı şu üç tür etkileşimin bağıl güçlerine bağlıdır.
*çözücü-çözücü etkileşimi
*çözünen-çözünen etkileşimi
*çözücü-çözünen etkileşimi
*Polar olmayan kovalent bağlı moleküller arasındaki çekim kuvvetleri yalnızca London kuvvetleridir. London kuvvetleri, çekirdek etrafındaki elektron bulutunun herhangi bir anda simetrik olmamasından kaynaklanır. Buna anlık dipol denir. CH4, C6H6, I2, CS2, gibi maddeler örnek verilebilir.
*Molekülleri polar olan kovalent bağlı molekülerde ise dipol—dipol etkileşimleri ya da bu etkileşimlerle birlikte hidrojen bağı vardır.
Dipol - dipol etkileşimine sahip olanlara örnek; CHCI3, CH3CI, HCI, H2S verilebilir.
Hidrojen bağı etkileşimine sahip olanlara ise CH3OH, C2H5OH, HF, H2O, CH3COOH gibi örnekler verilebilir.
*Apolar ve polar maddeler genellikle birbiriyle karışmazlar. Apolar olan karbon tetraklorür (CCI4), polar bir madde olan su (H2O) içinde çözünmez. Su molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, su ve karbon tetraklorür molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinden daha büyüktür. Su molekülleri karbontetraklorür moleküllerini çekmeyi tercih etmez.
*Apolar yapıya sahip CCI4 apolar C6H6 da rahatlıkla çözünür. Aynı şekilde apolar yapıya sahip I2 apolar CCI4 de rahatlıkla çözünür.
* Polar moleküllerin su ile karışma isteği çok yüksektir. CH3OH (metanol) su ile her oranda rahatlıkla karışabilir. Metanol polar olmayan çözücülerde çözünmez.
▲ Genellikle polar maddeler yalnızca polar çözücülerde, apolar maddeler apolar çözücülerde çözünür. Bir başka deyişle benzer benzeri çözer.
* Polar sıvı çözücüler, çoğu iyonik ve polar kovalent bileşikler için çözücü özelliğine sahiptir.
*En iyi polar çözücülerden biri sudur.
*Çözünme sırasında iyonik maddenin iyonları, polar kovalent maddenin ise dipolleri, polar su moleküllerinin dipolleri tarafından elektrostatik olarak çekilir
*Şekillerden de anlaşılacağı gibi pozitif iyon veya dipolün pozitif ucu, su molekülünün negatif ucunu çekerken negatif iyon veya dipolün negatif ucu ise su molekülünün pozitif ucu ile çekilir. Böylelikle iyonik ve polar kristalden tanecikler (iyon,molekül) uzaklaşarak çözeltiye aktarılmış olur. Bu iyon-dipol ve dipol—dipol çekimi oldukça güçlüdür.
*NaCI-H2O : İyon-dipol etkileşimi CH3OH-H2O : Didol-dipol etkileşimi, hidrojen bağı
CH3OH-C6H6 : Dipol-indüklenmiş dipol etkileşimi; çözünmez. CH4-C6H6 : London kuvvetleri
ÇÖZÜNME ENTALPİSİ:
Bir çözelti oluşurken çözücü ve çözünen tanecikleri arasında etkileşim kuvvetleri ortaya çıkacağından enerji değişimi kaçınılmazdır.
*Çözünme sürecinin üç ayrı basamakta gerçekleştiğini söylemek mümkündür. Birinci basamak çözücü moleküllerinin ayrılması, moleküller arası çekim kuvvetlerini yenmek için bir miktar enerji gerekir. Dolayısıyla bu basamak endotermiktir. Alınan ısı ΔH1 ile gösterilsin.
*İkinci basamak çözünen moleküllerinin ayrılmasıdır. Bu basamak endotermiktir. Alınan ısı ΔH2 ile gösterilsin.
*Üçüncü basamakta çözünen ve çözücü molekülleri karışır. Bu basamak endotermik veya ekzotermik olabilir. Olay sırasındaki ısı değişimi ΔH3 ile gösterilsin.
*Çözeltinin entalpi değişimi; ΔH çözelti = ΔH1+ΔH2+ΔH3 tür.
▲ Eğer çözünen ile çözücü etkileşimi, çözünen ve çözücünün kendi tanecikleri arasındaki etkileşimden daha büyük ise çözünme işlemi ekzotermik olarak gerçekleşir. ΔHçözelti < 0 olur.
▲ Eğer çözünen-çözücü etkileşimi, çözünen ve çözücünün kendi tanecikleri arasındaki etkileşimden daha küçük ise çözünme işlemi endotermiktir.
ΔHçözelti > 0 olur. NaCI suda çözünürken Na+ ile CF arasındaki çekim kuvvetleri kırılır, bu işlem için harcanan enerji ΔH2 dir. H2O sıvı maddesinde moleküller birbirinden kopar, bu işlem için harcanan enerji ΔH1 dir. H2O molekülleri, iyonları kristal yapıdan ayırarak çözelti ortamına taşır.
İyon-dipol ekileşimi sırasında ısı açığa çıkar. Açığa çıkan ısı ΔH3 ile gösterilir.
ΔHçözünme = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
Su molekülleri tuz iyonlarını çevirir. Çözünen iyonların su molekülleri tarafından çevrilmesine hidratlaşma (hidratasyon) denir. Çözeltide tüm iyonlar hidratlaşmış hâldedir.
*Eğer su yerine başka bir çözücü tercih edilirse hidratlaşma yerine solvatasyon kelimesi kullanılır.
*Bütün sistemler kararlı hâle gelmek için en düşük enerji seviyesinde bulunmak ve en düzensiz yapıya ulaşmak ister. Kendiliğinden oluşan (istemli) çözünmelerde genellikle enerji açığa çıkar.
Yani enerji toplamı negatiftir. Bu tür çözünmede sistem enerji vererek enerjisini azaltır.
Genellikle iyonik katıların suda çözünmesi istemlidir.
*Bir madde, çözücüde çözündüğünde ortamla ısı alışverişi olur. Bu ısıya çözünme ısısı denir.
Çözeltideki ısı, bazı kimyasal bağların kopması, bazı kimyasal bağların ise oluşması sonucunda
ortaya çıkar.
*Bir iyonik tuz (metal tuzu) suda çözünürken ısı alınır veya ısı verilir. Çözünme için gerekli olan
enerji, çözünen maddeyi oluşturan kristalleri bir arada tutan bağ enerjisine eşit miktardadır.
*İyonik bir kristalin iyonlarından oluşması sırasında verdiği enerjiye kristal enerjisi denir.
İyonlar hidratlaşırken açığa çıkan enerjiye hidratlaşma ısısı denir.
*Hidratlaşma enerjisi, iyonik kristalde iyonları ayırmak için gerekli enerjiden büyükse iyonik
katı suda çözünür.
*İyonik katının suda çözünmesi sırasındaki enerji değişimi
Hçözünme=-Kristal enerjisi+Hidratlaşma ısısı bağıntısına göre hesaplanır.
Kristal enerjisinin mutlak değeri, hidratlaşma ısısının mutlak değerinden küçükse çözünme ısısı eksi olur, çözünme sırasında ısı verir. Kristal enerjisinin mutlak değeri, hidratlaşma ısısının mutlak değerinden büyükse çözünme ısısı artı olur, çözünme süresince ısı alır.
* Kendiliğinden oluşan çözünmelerde genellikle ısı açığa çıkar.* Çözünme ısısı sıfır olan çözeltiler ideal çözelti olarak adlandırılır.
* Gaz moleküllerini ayırmak için enerji gerekmez. Bu nedenle bir gazın sıvıda çözünmesi için solvatasyon ısısı yeterli olur.
DERİŞİM BİRİMLERİ
Çözeltilerde çözünmüş olan bir maddenin miktarının ölçüsü derişim olarak adlandırılır.
*Derişim yerine konsantrasyon da kullanılabilir.
*Farklı alanlarda farklı ihtiyaçlar olduğu için birçok derişim birimleri kullanılmaktadır.
1. Molar derişim (molarite)
2. Molal derişim (molalite)
3. Kütlece yüzde derişim
4. Hacimce yüzde derişim
5. Mol kesri
6 . Milyonda bir kısım (ppm) ve milyarda bir kısım (ppb)
• Kütlece ve hacimce yüzde derişim ile milyonda bir kısım (ppm) 10. sınıf kimyasında bulunmaktadır. Fakat bu yıl hatırlatma amacıyla örnekler verilecektir.
Molar Derişim (Molarite)
Bir çözeltinin 1 litresinde çözünmüş olarak bulunan maddenin mol sayısına o maddenin molar derişimi veya molaritesi adı verilir.
* Molar derişim M ile gösterilir.
*Bir çözeltinin molaritesi hesaplanırken daima çözeltinin hacmi litre olarak alınır.
*Molaritenin birimi mol. L-1 dir.
*Daha önceden hazırlanmış doygun olmayan bir çözeltiye bir miktar daha madde eklenebilir. Bu da çözeltinin derişimini artırır. Doygun olmayan çözeltiden bir miktar suyun çökelme olmaksızın buharlaştırılması çözeltinin derişimini artırır. Bir çözeltinin derişimini artırmak için yapılan işlemlere deriştirme denir.
*Bir çözeltideki maddenin derişimini su ekleyerek çözeltinin hacmini artırma veya maddenin bir kısmını çöktürme gibi işlemlerle küçültülmesine seyreltme denir.
*Çözünen maddenin miktarını değiştirmeden çözeltinin hacmi değiştirildiğinde, çözünenin mol sayısı değişmeyeceğinden; M1.V1 = M2.V2 olur. Çünkü mol sayısı; n = M.V’dir.
Molal Derişim (Molalite)
Bir kilogram çözücü içerisinde çözünmüş olan maddenin mol sayısına molal derişim veya molalite denir.
*Molalite 1 kg çözücüde bulunan maddenin mol sayısıdır.
*Molal derişim m ile gösterilir.
Kütlece Yüzde Derişim
100 gram çözeltide çözünmüş olan maddenin miktarına kütlece yüzde derişim denir.
* % C ile gösterilir.
Hacimce Yüzde Derişim
Bir çözeltideki çözünen sıvı hacminin çözeltinin toplam hacmine oranının 1 00 ile çarpılmasına hacimce yüzde derişim denir.
*% C ile gösterilir.
*Sıvılar birbirinde çözündüğünde moleküller arasındaki boşlukları doldurur. Bu nedenle çözeltinin hacmi sıvıların toplam hacminden daha küçük olur.
*Problemlerin çözümünde bu hacim azalması genellikle ihmal edilir.
Mol Kesri
Karışımdaki bir çözünenin mol sayısının, tüm bileşenlerin toplam mol sayısına oranına mol kesiri denir.
* Mol kesiri X ile gösterilir.
Milyonda Bir Kısım (ppm) ve Milyarda Bir Kısım (ppb)
ppm ve ppb derişimlerinde bileşenin ve karışımın miktarı aynı birimdendir. Bu nedenle ppm ve ppb'nin birimi yoktur.
KOLİGATİF ÖZELLİKLER
Bir çözeltide çözünmüş olan maddenin niteliğine bağlı olmayan fakat derişimine bağlı olan çözelti özeliklerine koligatif özellikleri denir. Bu özellikler;
*Çözücünün buhar basıncının düşmesi,
*Çözücünün kaynama sıcaklığının yükselmesi,
*Çözücünün donma noktasının alçalması,
*Bir zardan (membran) farklı derişimdeki çözelti içine geçme eğilimidir.
Çözeltiler seyreltik olmak şartıyla bütün bu özellikler, çözünenin derişimleriyle orantılı olarak artar. Bu artış;
*Taneciklerin cinsine,
*Taneciklerin büyüklüğüne,
*Taneciklerin yüklü ya da yüksüz olmalarına bağlı değildir.
Yalnızca çözünmüş taneciklerin (iyon ya da molekül) derişimine ve çözücünün cinsine bağlıdır.
Buhar Basıncının Düşmesi
Çözünen derişimi ile çözeltinin buhar basıncı arasındaki ilişki Fransız kimyacı F.M. Raoult tarafından bulunmuştur. Buna göre uçucu bileşeni bulunmayan bir çözeltideki buhar basıncı düşmesi çözeltideki çözünenin mol kesiri ile orantılıdır. Tuzlu suda, su çözücü tuz çözünen olduğuna göre tuzlu suyun buhar basıncını suyun mol kesiri belirler.
*Herhangi bir çözeltinin buhar basıncı çözeltiyi oluşturan bileşenlerin buhar basınçlarının toplamına eşittir.
P T = P a + P b + …..
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 ile mol kesri çarpılır.
P0A: Saf çözücünün buhar basıncı
XA: Çözücünün mol kesri
PA: Çözücünün kısmi buhar basıncı
PA = P0A . XA olur.
Çözünenin kısmi buhar basıncı ise
PB = P0B . XB olur.
Çözeltinin buhar basıncı:
PT = P0A . XA+ P0B . XB olur.
Kaynama Noktası Yükselmesi
Açık bir kapta ısıtılan suyun buhar basıncı gittikçe artar. Bu artış, buhar basıncı ile dış basınç eşit oluncaya kadar sürer. Buhar basıncı dış basınca eşit olunca su kaynamaya başlar.
*Bir sıvının kaynama noktası, sıvının denge buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklıktır.
*Bir çözeltinin kaynama noktası, saf çözücünün kaynama noktasından daha yüksektir. Çünkü az uçucu bir madde çözününce oluşan çözeltinin aynı sıcaklıkta buhar basıncı daha düşük olur.
Tuzlu suyun kaynama noktası, saf suyun kaynama noktasından daha yüksektir.
Suyun ve çözeltinin buhar basınçlarının sıcaklıkta değişim eğrileri grafikte verilmiştir. Grafiğe göre 100°C'ta suyun buhar basıncı çözeltinin buhar basıncından yüksektir. Dolayısıyla çözeltinin kaynama noktası suyun kaynama noktasından daha yüksektir.
*Uçucu olmayan bir katının çözündüğü bir çözeltide çözücü tamamen buharlaşmaya çalışırken taneciklerinin buhar fazına geçişi çözünen tanecikleri tarafından engellenir. Çözeltideki çözücü taneciklerinin buhar fazına geçişi, saf çözücüye göre daha fazla enerji gerektirir.
*Saf bir sıvının belli bir basınçta kaynama noktası sabittir. Çözeltilerin belirli sabit bir kaynama noktaları yoktur. Kaynama sırasında sıcaklıkları artar. Bu artış doymuş çözelti oluncaya kadar devam eder.
*Koligatif özellikler, çözünenin cinsine bağlı olmayıp yalnızca çözeltide bulunan taneciklerin derişimine bağlıdır. Taneciklerin molekül, anyon ve katyon oluşlarından bağımsızdır.
*Kaynama noktası yükselmesi ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine ebülyoskopi denir. Kaynama noktası yükselme miktarı. Δtk = Kk.m madde iyonik ise Δtk= Kk.m.İs
formülü ile hesaplanır. Kk: Kaynama noktası yükselme sabiti, m: molalite İs: iyon sayısı, Kk her sıvı için farklıdır.
Donma Noktası Alçalması:
Saf sıvıların, sabit basınçta belli bir donma sıcaklıkları olmasına rağmen çözeltilerin belli bir donma sıcaklıkları yoktur. Çözeltiler saf çözücülerden daha düşük sıcaklıkta donar.
*Donma, düzensiz bir durumdan düzenli bir duruma geçişi içermektedir. Bu geçişte donmanın olduğu sistemden enerji dışarıya verilir.
*Çözelti, çözücüden daha düzensiz olduğundan düzenli hâle gelmesi için saf çözücüye oranla daha fazla enerjinin uzaklaşması gerekir.
*Çözelti, çözücüden daha düşük bir donma noktasına sahiptir.
*Bir çözeltinin donması sırasında sıcaklık, doymuş çözelti oluşuncaya kadar düşer.
*Donma noktası alçalması ölçülerek mol kütlesinin belirlenmesi yöntemine kriyoskopi denir.
Donma noktasındaki alçalma miktarı Δtd = Kd . m madde
iyonikse Δtd= Kd.m.İs
formülü ile hesaplanır, m: molalite, Kd: donma noktası alçalma sabiti, İs: İyon sayısı
Donma noktası alçalması ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine kriyoskopi denir.
Ozmos ve Ozmotik Basınç
Seyreltik bir çözeltiden daha konsantre bir çözeltiye yarı geçirgen bir zar yardımıyla çözücü moleküllerinin geçişine ozmos olayı denir.
Şekilde görüldüğü gibi derişimi fazla olan kısmı, daha seyreltik olan kısma bir emme kuvveti uygular. Bu emme kuvvetine ozmotik basınç denir.
*Çözücü moleküllerinin sağ tarafın derişimini azaltmak için zardan diğer tarafa geçmesine ozmos denir.
*Eğer iki çözeltinin derişimleri birbirine eşitse aynı ozmotik basınca sahip olurlar ve bunlara izotonik denir.
*Eğer iki çözeltinin ozmotik basınçları farklıysa derişimi yüksek olana hipertonik, düşük olana ise hipotonik adı verilir.
*Suyun yarı geçirgen bir zar (membran) yardımıyla basınç uygulanarak çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçmesine ters ozmos denir. Ters ozmosta yüksek basınç uygulanarak çözücü (su) elde edilir. Deniz suyundan 30 atm basınçta ters ozmos yöntemiyle içme suyu elde edilir.
*Ozmos canlı organizmalar için önemlidir. Çünkü çözünmüş maddelerin hücre içindeki veya dışındaki derişimleri değiştiğinde yarı geçirgen olan hücre zarından su içeri veya dışarı doğru akar. Sonuç olarak hücre şişer veya büzülür. Böylelikle hücrede denge sağlanmış olur.
*Hücrenin büzülmesine plazmoliz denir.
*Hastalara verilen serumların izotonik çözeltiler olması hastanın sağlığı için önemlidir.
Suyun yarı geçirgen bir membran (zar) yardımıyla daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun olan bir ortama geçmesine ters ozmoz denir. Ters ozmozda yüksek basınç kullanılır.Deniz suyunun ozmotik basıncı 30 atm nin üzerine çıkarılırsa ozmoz tersine döner ve deniz suyundan içme suyu elde edilmiş olur.
*Ters ozmoz olayı atık suların arıtılmasında da kullanılır.
ÇÖZÜNÜRLÜK
Çözünme:
Bir maddenin başka bir madde içerisinde dağılması olayı çözünme olarak tanımlanır.
Bir madde çözücü içerisine atıldığında ilk önce sadece hızlı bir şekilde çözünme olayı gerçekleşir.
C6H12O6(k)
C6H12O6(suda)
C6H12O6(suda)
KNO3(k) K+(suda)+ NO3-(Suda)
K+(suda)+ NO3-(Suda)
Bir süre sonra çökelme olayı başlar. Çözünen madde miktarı arttıkça çökelme hızı artar. Öyle bir an gelir ki çözünme hızı çökelme hızı ile eşitlenir. Bu andan itibaren çözeltideki maddenin derişimi değişmez.
C6H12O6(k)C6H12O6(suda)
C6H12O6(suda)
CaCI2(k) Ca+2(suda) + 2CI- (suda) Daha fazla madde çözünmez. Artık çözelti doymuştur.
Ca+2(suda) + 2CI- (suda) Daha fazla madde çözünmez. Artık çözelti doymuştur.
Çözünürlük
Sabit sıcaklıkta bir maddenin çözünürlüğü, bir çözücüde ulaşabileceği en yüksek derişimdir. Çözünme hızının çökelme hızına eşit olduğu andaki derişimidir. Çözünürlüğü belirtmek için bir çok tanım kullanılabilir. En yaygın kullanılan tanım aşağıda verilmiştir;
Sabit sıcaklıkta 100 gram çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir.
Doygun çözeltinin derişimi olarak ta çözünürlük tanımlanabilir.
Doymuş çözelti
Belirli basınç ve sıcaklıkta çözücünün çözebileceği maksimum miktarı kadar çözünen madde içeren çözeltidir. Çözünme hızının çökelme hızına eşitlendiği andaki durumdur. Madde eklenerek çözülemez.
Doymamış Çözelti
Belirli basınç ve sıcaklıkta çözücünün çözebileceği maksimum miktardan daha az çözünen madde içeren çözeltidir. Doygunluğa ulaşana kadar madde eklenerek çözülebilir.
Aşırı Doymuş Çözelti
Belirli basınç ve sıcaklıkta doyma noktasını aşarak, içinde doymuş hâline göre daha fazla çözünen bulunduran çözeltilerdir.
*Aşırı doymuş çözeltiler kararsızdır.
*Sallantı veya bir tanecik kristal ekleme ile aşırı olan miktar çöker. Çözelti doygun hâle gelir.
Seyreltik Çözelti
Birim hacimde göreceli olarak daha az çözünen bulunduran çözeltilere seyreltik çözeltiler denir. Bir çözeltiyi seyreltme, çözücü eklenerek çözelti derişimini azaltma demektir. Çözelti seyreltilirken çözünenin mol sayısı değişmediği hâlde çözeltinin hacmi artmaktadır.
Derişik Çözelti
Birim hacimde göreceli olarak daha fazla çözünen bulunduran çözeltilere derişik çözelti denir.
Bir çözeltiyi derişik yapmak için;
*Çözünen eklenerek çözülür. Bu işlemin geçerli olması için çözeltinin doymamış olup eklenen maddeyi çözebilmesi gerekir.
*Çözücü sıvı madde buharlaştırılarak çözeltinin derişimi artırılabilir. Bunun için çözeltinin doymamış olması gerekir.
ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Çözünürlük belirli bir sıcaklık ve basınçta 100 gram suda maksimum çözünen maddenin kütlesidir. Bu durumda çözünürlük birimi g/100 g sudur.
Çözünürlük belirli bir sıcaklık ve basınçta bir litre suda maksimum çözünen maddenin mol sayısıdır. Bu durumda çözünürlüğün birimi mol.L-1 dir.
Maddelerin çözünürlüğünü;
1. Maddenin türü
2. Sıcaklık
3. Basınç faktörleri etkiler.
Ortak iyon etkisi daha sonraki ünitelerde işlenecektir.
Çözünürlüğe Maddenin Türünün Etkisi
Polar moleküllü maddeler polar çözücülerde, apolar moleküllü maddeler apolar çözücülerde çözünür.
*Bütün maddeler suda çözünmez suda çözünmeyen maddeler başka çözücülerde çözünür.
*Polar çözücüler; su, etil alkol, amonyak tuz ruhu gibi.
*Apolar çözücüler; CCI4, benzen (C6H6) toluen (C6H5-CH3), heksan (C6H14) gibi.
Çözünürlüğe Sıcaklığın Etkisi
Suda çözünmesi ısı alarak gerçekleşen maddelerin çözünürlüğü sıcaklık artırıldığında artar, (endotermik)
Çözünürlüğü sıcaklık artırılınca artan X tuzunun çözünürlük grafiği yukarıda verilmiştir.Bu maddenin çözünme denklemi,
X(k) + su + ısı --> X(suda) şeklinde ifade edilebilir.
* Suda çözünmesi ısı vererek gerçekleşen maddelerin çözünürlüğü sıcaklık artırıldığında azalır. Bazı katıların çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır. (Ekzotermik)
Y katısının çözünürlük-sıcaklık grafiği yukarıda verilmiştir. Bu maddenin çözünme denklemi,
Y(k) + su --> Y(suda) + ısı şeklinde ifade edilebilir.
*Gazların sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır. Gazlar düşük sıcaklıkta suda daha çok çözünür.
Derin deniz dalgıçlarının tüplerinde azot-oksijen yerine helyum-oksijen karışımlarının kullanılması, azottanileri gelen “vurgunu” önlemektedir. Ayrıca, helyum kandan daha hızlı ve düzenli bir şekilde uzaklaştığından, helyum-oksijen karışımları dalma hastalıklarını da önler.
Vurgun Nedir?
Denizin derinliklerinde yüksek basınçta kanda daha fazla azot gazı çözünür.Aniden yüzeye çıkılırsa,basınç düşmesiyle çözünmüş azot gazları açığa çıkar ve oluşan kabarcıklar kan damarlarını tıkarlar. Bu durum ölümle sonuçlanabilir.
Çözünürlüğe Basınç Etkisi
*Katı ve sıvıların sudaki çözünürlükleri basıncın artırılması ya da azaltılmasından etkilenmez.
*Gazların sudaki çözünürlüğü gazın basıncı arttıkça artar. Basınç azaltılırsa gazların çözünürlüğü azalır.
Şekilde verilen X ve Y’nin çözünürlüklerine göre X gaz, Y ise katı veya sıvıdır.
ÇÖZÜNME HIZI
Bir maddenin birim zamanda ve çözücünün birim miktarında çözünen miktarıdır.
*Çözünme çözücü ve çözünenin birbirine temas ettiği yerde gerçekleşir.
*Temas yüzeyinin artması çözünme hızını artırır. Katı maddeler toz hâline getirilirse çözünme hızı artar.
*Sıcaklık arttıkça taneciklerin hareketi artar. Bu nedenle sıcaklık katı ve sıvıların sudaki çözünme hızını artırır.
*Karıştırmak maddeleri birbiri içerisinde dağıtır, temas yüzeyini ve çözünme hızını arttırır.
*Gazların kısmi basıncının artırılması gazların çözünme hızını artırabilir.
AYIRMA VE SAFLAŞTIRMA TEKNİKLERİ
1. Tanecik Boyutu Farkından
a. Ayıklama
b. Eleme
c. Süzme
d. Diyaliz
2. Yoğunluk Farkından
a. Çöktürme
b. Aktarma (Dekantasyon)
c. Yüzdürme (Flotasyon)
3. Çözünürlük Farkından
a. Ayrımsal Kristallendirme
b. İyon Değiştirici Reçineler
c. Özütleme
4. Kaynama Noktaları Farkından
a. Basit Damıtma
b. Ayrımsal Damıtma
Özütleme (Ekstraksiyon)
Katı veya sıvı bir karışımın eklenen çözücü yardımıyla karışmış olduğu diğer katı veya sıvıdan ayrılması işlemine özütleme, çekme denir.
*Günümüzde özütleme yöntemi ile ayırma en çok şeker pancarından şeker üretiminde kullanılır. Şeker fabrikalarında, ince kıyılmış şeker pancarları 80°C’a kadar ısıtılmış suya karıştırılarak şeker özütlenir.
*Çeşitli bitkilerden yağ elde etmek için özütleme kullanılır. Tuzlu topraklardan tuz eldesinde özütleme kullanılır.
*İlaçların ve parfümlerin ham maddelerinin eldesinde özütleme kullanılır.
*Özütlemede su yerine özütlenecek maddenin özelliğine göre aseton, karbon tetraklorür, eter, bazı alkoller ve sıvı yağlar gibi organik maddeler çözücü olarak kullanılır.
*Özütleme sıvılarda da uygulanır. Bunun için sıvı fazdan ayırmak istediğimiz maddeyi daha iyi çözen ama sıvı karışımla karışmayan çözücüler kullanılır.
Sıvı karışıma, yeni bir çözücü eklenip elde edilen sıvı-sıvı heterojen karışımı iyice çalkalanarak çözünmüş katı veya sıvının yeni çözücüye geçmesi sağlanır. Daha sonra sıvı fazlar ayırma hunisi ile bileşenlerine ayrılır. Elde edilen yeni karışımlar buharlaştırılarak veya damıtılarak bileşenlerine ayrılır.
*Organik maddeler genel olarak organik çözücülerde suya oranla daha çok çözünür. Bu özelliklerinden yararlanarak organik maddeler özütlenerek ayrılabilir.
*Homojen karışımlardan veya katı karışımlarından istenen maddeleri ayırmak, çözücünün içindeki istenmeyen safsızlıklar karışımlardan uzaklaştırmak için yapılan bir işlemdir. Özütleme katı, sıvı ve gaz maddelerden ayrılabilir.
*Karışımın katı olması ve sıvı bir çözücü kullanılması durumuna katı-sıvı özütlemesi denir. Katı (heterojen karışım) içinde bulunan bir madde bu maddeyi çözen bir sıvı yardımıyla alınır. Çay, ıhlamur, kahve gibi içeceklerin hazırlanması örnek verilebilir. Pamuk çekirdeğindeki yağ heksan ile çözünerek ayrılır.
*Karışımın sıvı olması ve yine bir sıvı çözücü kullanılması durumunda ise sıvı-sıvı özütlemesi adı verilir. Suda çözünmüş bir organik madde bu yöntemle ayrılır. Portakal suyuna renk veren B-karoten bu yöntemle ayrılır. B-karoten için eter çözücü olarak kullanılır.
Kristallendirme
Kristallendirme, katı maddelerin beraberlerinde bulundukları safsızlıklardan kurtularak saf hâlde elde edilme yöntemidir. Bu yöntem birkaç basamaktan oluşmaktadır;
*Katı karışımın sıcak bir çözücüde çözünmesi,
*Eğer çözünmeden kalan katı kısımlar varsa bunların sıcakken süzülmesi,
*Süzüntünün kristallendirme tamamlancıya kadar kendi hâline bakılarak soğutulması,
*Kristallerin süzülerek çözücüden ayrılması ve kristallerin uygun bir ortamda kurutulması.
Yukarıda sıralanan kristallendirme işlemi birkaç kez yapılırsa daha saf madde elde edilir.
Kristallendirme için gerekli olan uygun çözücünün bulunması bazen çok zor olabilir. Benzer yapıdaki bileşiklerin birbirini çözebilecekleri bilinmektedir. Örneğin, metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH) ve asetik asit (CH3COOH) birer -OH grubu içeren bileşiklerdir ve bu bileşikler, birbiriyle ve su ile karışabilirle özelliğine sahiptirler.
Polariteleri birbirine yakın olan maddeler birbirlerini çözer. Su ile hidrojen bağı yapabilen bileşikler su ve alkol gibi polar çözücülerde çözünüp apolar çözücülerde çözünmez. Çözücü seçiminde aşağıdaki kriterler uygulanmaktadır;
a. Maddeyi sıcakken çok çözüp, soğukta hiç çözmemeli,
b. Maddeyle tepkimeye girmemeli,
c. Kaynama noktası düşük olmalı,
d. Ucuz olmalıdır.
Ayrımsal kristallendirme: Karışımda bulunan katiların ikisi de suda çözünüyorsa karışım ayrımsal kristallendirme yöntemiyle ayrıştırılabilir.
Ayrımsal kristallendirme, katı maddelerin çözünürlük farkından yararlanarak ayırma yöntemidir.
Potasyum nitrat ile sodyum klorür karışımı ayrımsal kristallendirme ile bileşenlerine ayrılabilir. Karışım yeterli sıcak suda çözünür. Hazırlanan çözelti soğutulur. Karışım soğutulurken, belli bir sıcaklığa geldiğinde, çözünürlüğü sıcaklık düşünce hızla azalan KNO3 çökmeye başlar. Büyük ölçüde çökmesi tamamlanan KNO3 süzülerek karışımdan ayrılır. Geriye kalan karışım soğutulmaya devam edildiğinde NaCI çökerek ayrılır.
Yemek tuzu, deniz ve tuzlu göl sularının buharlaştırılıp doymuş tuz çözeltisi hâline getirilmesi ile elde edilir. Ancak bu yolla elde edilen yemek tuzu saf değildir. İçinde iyot, magnezyum, potasyum ve kalsiyum tuzları bulunmaktadır. Endüstride saf yemek tuzu elde etmek için ayrımsal kristallendirmeden yararlanılır.
Kromatografi
Kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın olan bileşiklerden oluşan karışımları damıtma ve ayrımsal kristallendirme ile birbirinden ayırmak zor olabilir. Bu tür maddeler için çeşitli kromatografi yöntemleri kullanılarak ayırmalar yapılabilir.
*Bir karışımda iyon veya molekül hâlinde bulunan maddeleri ayrı ayrı bölgelerde toplamak suretiyle analiz etme metoduna kromatografi denir.
*Bu metodun esası, çeşitli maddelerin bir tutucu tarafından farklı hızla tutulmasına dayanır. Uygun bir tutucu üzerinden bir karışım geçirilerek karışım bileşenlerine ayrılır.
*Bu metod önceleri renkli maddelere uygulanmış olduğundan kromatografi adını almıştır.
*Saf sanılan bir çok maddeye kromatografik analiz yöntemi uygulandığında saf olmadıkları görülmüştür.
*Analiz edilecek karışımın özelliklerine bağlı olarak, kromatografi farklı şekillerde uygulanır. Bugün uygulananlar sütun (kolon) kromatografi, ince tabaka kromatografi, gaz kromatografi ve kâğıt kromatografisidir.
Sütun kromatografi: Bir karışımda bulunan maddeleri birbirinden ayırmak ve saf olarak elde etmek için kullanılan bir yöntemdir.
*Bu metodla çalışmak için kullanılan araçlar bulunmaktadır. Önce kromatografi sütunu uygun bir absorban ile doldurulur. Bu absorban genellikle alüminyum oksit, magnezyum silikat ve selüloz gibi maddelerdir.
*Sonra örnek, çözelti hâlinde absorban sütunun üzerine konulur. Maddelerin sütundaki hızları maddenin cinsine bağlı olduğundan maddeler sütunun farklı yerlerinde tabakalar hâlinde toplanır. Çözücü geçirmeye devam edildiğinde en çok sürüklenen ilk önce, bunun ardından da diğerleri olmak üzere sütunun altında fraksiyonlar hâlinde toplanır. Fraksiyonlar üzerinde yapılan çalışmalar ile de örneğin taşıdığı maddeler belirlenir.
İnce Tabaka Kromatografi: Burada destek madde, ince bir tabaka hâlinde bir cam
üzerine yayılır.
Gaz Kromatografi: Bu teknik basit aletlerle yürütülemez. Yöntemin uygulanmasında
çok gelişmiş otomatik cihazlar gereklidir. Bu yöntemde sabit faz, cihaz içerisine
yerleştirilen ve içinde destek maddesi üzerinde emdirilmiş sıvı bulunan bir kolondur.
Taşıyıcı faz ise, He veya N2 gibi bir gazdır.
Kâğıt Kromatografi: Bu yöntemde kalın bir süzgeç kağıdı destek; gözeneklerine yerleşen su ise sabit sıvı fazı oluşturur. Hareketli faz yürütücü tank içine yerleştirilmiş uygun bir sıvıdır. Bu durumda kâğıt kromatografisinin bir sıvı- sıvı dağılım kromatografisi olduğunu belirtmek gerekir.
* Bir karışımda bulunan maddeleri birbirinden ayrılmak ve şahit maddeler yardımı ile teşhis etmek için kullanılan bir yöntemdir.
* Burada destek madde olarak özel şekilde hazırlanmış bir kâğıt, sürükleyici olarak bir çözücü karışımı kullanılır. Bu karışımda esas olarak biri duran (genel olarak su) ve bir diğeri hareketli (organik bir çözücü) olmak üzere iki faz vardır.
* Hareketli faz, kâğıt üzerinde kapillarite olayına uygun olarak yürür. Organik çözücüde çok suda az çözünen maddeler, organik çözücüde az ve fakat suda çok çözünen maddelerden daha hızlı sürüklenir.
* Kağıdın bir kenarına 5-6 cm mesafede bir çizgi çizilir. Bir pipet yardımıyla numune ve şahit çözeltiler uygulanır. Bu suretle hazırlanmış olan kâğıt, kromatografi düzeneğine yerleştirilir ve bir ucu çözücü ile etkileştirilir. Çözücünün yükseldiği sınır, kâğıt düzenekten çıkarıldıktan sonra kurşun kalemle, çizilerek belirlenir. Açık havada kurutulur. Örnekte bulunduğu bilinen maddeler ile renk verecek reaktif püskürtülür. Kurutulur ve meydana gelen lekeler belirlenir.