Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!

Bölüm 12 – Çözeltiler

Konu Özeti, Formüller ve Çözümlü Örnekler

1. Çözelti Nedir?

Çözelti, bileşimi her noktasında aynı olan homojen karışımdır. Bir çözeltide miktarca fazla olan bileşen çözücü, miktarca daha az olan bileşen ise çözünen olarak adlandırılır.

Örneğin tuzlu suda su çözücü, tuz ise çözünendir. Çözeltiler yalnızca sıvı ortamlarla sınırlı değildir. Alaşımlar, gaz karışımları ve bazı katı karışımlar da çözelti olarak değerlendirilebilir.

Çözeltiler genel olarak seyreltik, derişik, doymamış, doygun ve aşırı doymuş olarak sınıflandırılır. Doymamış çözeltiler daha fazla madde çözebilirken, doygun çözeltiler belirli bir sıcaklıkta çözebileceği maksimum miktarda çözünen içerir.

2. Derişim Kavramı

Bir çözeltide ne kadar çözünen bulunduğunu ifade eden büyüklüğe derişim denir. Kimyada derişim farklı şekillerde ifade edilir.

2.1. Kütlece Yüzde Derişim

% (m/m) = (çözünen kütlesi / çözeltinin toplam kütlesi) × 100

2.2. Hacimce Yüzde Derişim

% (v/v) = (çözünen hacmi / çözeltinin toplam hacmi) × 100

2.3. Kütle/Hacim Yüzde Derişim

% (m/v) = (çözünen kütlesi (g) / çözelti hacmi (mL)) × 100

2.4. ppm, ppb, ppt

Çok seyreltik çözeltiler için kullanılır.

• ppm = milyonda bir
• ppb = milyarda bir
• ppt = trilyonda bir

Sulu çözeltilerde yaklaşık olarak:

• 1 ppm ≈ 1 mg/L
• 1 ppb ≈ 1 µg/L

Çözümlü Örnek 1

Soru: 20 g NaCl, 180 g suda çözülüyor. Çözeltinin kütlece yüzde derişimi nedir?

Çözüm: Toplam çözelti kütlesi = 20 + 180 = 200 g

% (m/m) = (20 / 200) × 100 = 10

Cevap: %10 (m/m)

3. Molarite, Molalite ve Mol Kesri

3.1. Molarite

1 litre çözeltide çözünen mol sayısına molarite denir.

M = n / V

Burada:

• n: mol sayısı
• V: çözeltinin hacmi (L)

Çözümlü Örnek 2

Soru: 0,50 mol NaOH ile 250 mL çözelti hazırlanıyor. Molarite nedir?

Çözüm: V = 250 mL = 0,250 L

M = 0,50 / 0,250 = 2,0

Cevap: 2,0 M

3.2. Molalite

1 kilogram çözücüde çözünen mol sayısına molalite denir.

m = n(çözünen) / kg(çözücü)

Molalite sıcaklıktan daha az etkilenir, çünkü kütle değişmez.

Çözümlü Örnek 3

Soru: 0,20 mol glikoz, 500 g suda çözülüyor. Molalite nedir?

Çözüm: 500 g = 0,500 kg

m = 0,20 / 0,500 = 0,40

Cevap: 0,40 m

3.3. Mol Kesri

Bir bileşenin mol sayısının toplam mol sayısına oranına mol kesri denir.

X_i = n_i / n_toplam

Çözümlü Örnek 4

Soru: Bir karışımda 2 mol etanol ve 8 mol su varsa etanolün mol kesri nedir?

Çözüm: Toplam mol = 2 + 8 = 10

X(etanol) = 2 / 10 = 0,20

Cevap: 0,20

4. Seyreltme

Seyreltme sırasında çözünen madde miktarı değişmez, yalnızca çözeltinin hacmi artar.

M₁V₁ = M₂V₂

Çözümlü Örnek 5

Soru: 2,0 M HCl çözeltisinden 250 mL, 0,50 M HCl hazırlanacaktır. Kaç mL derişik çözeltiden alınmalıdır?

Çözüm:

2,0 × V₁ = 0,50 × 250

V₁ = 125 / 2,0 = 62,5 mL

Cevap: 62,5 mL

5. Çözünme ve Moleküller Arası Etkileşimler

Bir maddenin çözünmesi, tanecikler arasındaki çekim kuvvetleri ile ilgilidir. Temel ilke şudur:

Benzer benzeri çözer.

Polar çözücüler genellikle polar maddeleri, apolar çözücüler ise apolar maddeleri daha iyi çözer.

Çözünme sürecinde enerji değişimi olur. Çözücünün kendi tanecikleri ayrılır, çözünen tanecikleri ayrılır ve daha sonra çözünen ile çözücü arasında yeni etkileşimler oluşur.

Toplam çözünme entalpisi:

ΔH_çözelti = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃

6. Gazların Çözünürlüğü ve Henry Yasası

Gazların sıvılardaki çözünürlüğü sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Genellikle sıcaklık arttıkça gazların çözünürlüğü azalır. Basınç arttıkça ise gazların çözünürlüğü artar.

Bu ilişki Henry Yasası ile ifade edilir:

C = kP

• C: çözünürlük
• k: Henry sabiti
• P: gazın kısmi basıncı

Çözümlü Örnek 6

Soru: Bir gazın belirli sıcaklıkta çözünürlüğü 1,2 atm’de 0,060 mol/L ise, 2,4 atm’de çözünürlüğü kaç mol/L olur?

Çözüm:

C₂ = C₁ × (P₂ / P₁)

C₂ = 0,060 × (2,4 / 1,2) = 0,120 mol/L

Cevap: 0,120 mol/L

7. Buhar Basıncı ve Raoult Yasası

Uçucu olmayan bir çözünen, çözücünün buhar basıncını düşürür. İdeal çözeltilerde bu durum Raoult Yasası ile açıklanır.

P_çözücü = X_çözücü · P°_çözücü

ΔP = P° · X_çözünen

Çözümlü Örnek 7

Soru: Saf çözücünün buhar basıncı 100 torr, çözücünün mol kesri 0,85 ise çözeltinin buhar basıncı nedir?

Çözüm:

P = 0,85 × 100 = 85 torr

Cevap: 85 torr

8. Koligatif Özellikler

Koligatif özellikler, çözünen maddenin cinsine değil, çözeltideki tanecik sayısına bağlıdır.

• Buhar basıncı düşmesi
• Donma noktası alçalması
• Kaynama noktası yükselmesi
• Osmotik basınç

9. Donma Noktası Alçalması

Uçucu olmayan bir çözünen, çözücünün donma noktasını düşürür.

ΔT_d = K_d · m

Elektrolitler için: ΔT_d = iK_dm

Çözümlü Örnek 8

Soru: Molalitesi 0,50 m olan sulu bir çözeltide K_d = 1,86 °C·kg/mol ise donma noktası alçalması nedir?

Çözüm:

ΔT_d = 1,86 × 0,50 = 0,93 °C

Cevap: 0,93 °C

Saf su 0 °C’de donduğuna göre çözeltinin donma noktası:

0 – 0,93 = -0,93 °C

10. Kaynama Noktası Yükselmesi

Uçucu olmayan çözünen, çözeltinin kaynama noktasını artırır.

ΔT_k = K_k · m

Elektrolitler için: ΔT_k = iK_km

Çözümlü Örnek 9

Soru: Molalitesi 0,20 m olan bir çözeltide K_k = 0,52 °C·kg/mol ise kaynama noktası yükselmesi nedir?

Çözüm:

ΔT_k = 0,52 × 0,20 = 0,104 °C

Cevap: 0,104 °C

Eğer çözücü su ise yeni kaynama noktası yaklaşık 100,104 °C olur.

11. Osmoz ve Osmotik Basınç

Yarı geçirgen bir zar sadece çözücü taneciklerinin geçişine izin veriyorsa, çözücü seyreltik ortamdan derişik ortama geçer. Bu olaya osmoz denir.

Osmotik basınç şu eşitlikle hesaplanır:

π = MRT

Elektrolitler için: π = i.M.R.T

Çözümlü Örnek 10

Soru: 0,10 M glikoz çözeltisinin 27 °C’de osmotik basıncı nedir? R = 0,082 L·atm/mol·K

Çözüm:

T = 27 + 273 = 300 K

π = 0,10 × 0,082 × 300 = 2,46 atm

Cevap: 2,46 atm

12. Elektrolitler ve Van’t Hoff Faktörü

Elektrolit maddeler suda iyonlarına ayrışır. Bu nedenle aynı mol derişiminde, elektrolit çözeltiler elektrolit olmayan çözeltilere göre daha büyük koligatif etki oluşturur.

• Üre için i = 1
• NaCl için yaklaşık i = 2
• CaCl₂ için yaklaşık i = 3

Çözümlü Örnek 11

Soru: 0,10 m NaCl çözeltisinin ideal durumda etkili tanecik derişimi nedir?

Çözüm:

NaCl → Na⁺ + Cl^–

i = 2

i · m = 2 × 0,10 = 0,20

Cevap: 0,20 m

13. Diyaliz

Diyaliz, küçük iyon ve moleküllerin yarı geçirgen bir zardan geçebilmesi, ancak büyük moleküllerin geçememesi esasına dayanır. Bu yöntem özellikle böbrekleri yeterince çalışmayan hastalarda kandaki atık maddelerin uzaklaştırılmasında kullanılır.

Kandaki üre, fazla iyonlar ve küçük moleküller diyaliz zarı boyunca geçebilir. Buna karşılık proteinler ve kan hücreleri büyük oldukları için zardan geçemez.

Diyaliz, esas olarak seçici geçirgenlik, difüzyon ve osmoz ilkelerine dayanır. Kimyasal açıdan bakıldığında, çözeltiler arasındaki derişim farkı önemli rol oynar. Bu nedenle diyaliz çözeltilerinin iyon derişimleri dikkatle ayarlanır.

14. Kolloidler ve Tyndall Etkisi

Kolloidler, tanecik boyutları gerçek çözeltilerden daha büyük, süspansiyonlardan ise daha küçük olan dağılmış sistemlerdir. Genellikle tanecik boyutları yaklaşık 1–1000 nm aralığındadır.

Kolloidlerde tanecikler tamamen çözünmüş değildir; fakat uzun süre askıda kalabilirler. Bu yüzden kolloidler çözelti gibi görünse de gerçek çözeltilerden farklıdır.

Kolloidlerin en önemli özelliklerinden biri Tyndall etkisi göstermeleridir. Bir ışık demeti kolloidal ortama gönderildiğinde, tanecikler ışığı saçtığı için ışığın geçtiği yol görünür hale gelir.

Örnekler:

• Sis
• Süt
• Jelatin çözeltileri
• Bazı boya sistemleri

Tyndall etkisi, gerçek çözeltiler ile kolloidleri ayırt etmek için kullanılır. Gerçek çözeltilerde ışık demeti görünmezken, kolloidlerde görünür.

Kısa Örnek

Bir kapta tuzlu su, diğer kapta süt olsun. Işık demeti gönderildiğinde:

• Tuzlu suda ışık yolu belirgin görünmez.
• Sütte ışığın geçtiği yol görünür.

Bunun nedeni sütün kolloidal bir sistem olmasıdır.

15. Formül Özeti

M = n / V

m = n / kg(çözücü)

X_i = n_i / n_toplam

M₁V₁ = M₂V₂

C = kP

P = X · P°

ΔT_d = K_dm

ΔT_d = i.K_d.m

ΔT_k = K_km

ΔT_k = i.K_k.m

π = MRT

π = i.M.R.T

16. Çok Kısa Genel Tekrar

Çözeltiler homojen karışımlardır. Derişim; yüzde derişim, molarite, molalite ve mol kesri ile ifade edilir. Gazların çözünürlüğü Henry yasasıyla, buhar basıncı ise Raoult yasasıyla açıklanır. Donma noktası alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve osmotik basınç koligatif özelliklerdir. Elektrolitlerde Van’t Hoff faktörü dikkate alınır. Diyaliz, yarı geçirgen zar ilkesine dayalı önemli bir biyolojik uygulamadır. Kolloidler ise Tyndall etkisi göstermeleriyle gerçek çözeltilerden ayrılır.