tualimforum.com - Doymuş Çözeltiler ve Çözünürlük

Doymuş Çözeltiler ve Çözünürlük

Doymamış bir çözelti, çözünen maddeden o koşullarda daha bir miktar çözebilecek bir çözeltidir.
Belli miktar çözücüde çözünebilen madde miktarı sınıra gelmiş olan çözeltiye doymuş çözelti ve doymuş çözeltinin derişimine de çözünenin çözünürlüğü denir. Doymuş çözeltiye ulaşıldığının en emin yolu, çözünenin biraz fazlasının çözeltide olmasıdır. Çözünenin fazlasını içeren doymuş bir çözeltide denge durumu vardır. Yani birim zamanda çözeltiye geçen (çözünen) tanecik sayısı ile birim zamanda çözeltiyi terkeden tanecik sayısı eşit olur. (7.14 Şekil) Bu durumda çözeltinin derişimi de sabit kalır. Doymuş çözeltinin derişimi ya da çözünürlük iki değişik derişimle belirtilebilir:
* 100 g çözücüde, belli bir sıcaklıkta doymuş çözelti vermek üzere
çözünebilen maddenin gram değeri olarak,
* Belli bir sıcaklıkta bir litrelik doygun çözeltinin derişimi olarak belirtilir. Burada 100 g suda çözünen miktar olarak çözünürlük üzerinde durulacaktır. Oda sıcaklığında, katı kurşun(II) sülfür (PbS), 100 g suda yalnızca 10-15 g çözünebilir. Gümüş nitrat (AgNO3) ise yine 100 g suda 222 g çözünebilir.
Bir maddenin bir başkası içindeki çözünürlüğü,
* çözücünün cinsine
* çözünenin cinsine
* sıcaklığa
* ortak iyonun varlığına
* gazın kısmi basıncına (gazlar sıvıda çözünüyorsa)
bağlıdır.
Katıların Sıvılardaki Çözünürlüğü

Katıların çoğunun sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça artar. Ancak çözünürlüğü sıcaklıkla pek az değişen (NaCl, Na2CrO4...); sıcaklık arttıkça azalan (Ca(OH)2, CaSO4...), önce artıp sonra azalan (Na2SO4...) maddeler de vardır.
7.16 ÖRNEK
100 g suda 20°C de 204 g; 60°C de 287 g şeker çözülebilir.
(a) 20°C de 25 g suya 75 g şeker eklense kaç g çözelti oluşur?
(b) 20°C de 400 g %25 lik şeker çözeltisini doygun hale getirmek için daha kaç g şeker gerekir?
(c) 60°C de 200 g su ile hazırlanan doymuş şeker çözeltisi 20°C ye dek soğutulsa kaç g şeker çöker?
Çözüm

(a) 20°C de 100 g su 204 g şeker çözerse, 25 g su, 51 g şeker çözer. Çözelti miktarı = 25 g + 51 g çözünen şeker = 76 g olur.
Çöken şeker kütlesi = 75 – 51 = 24 g. Çözelti, katı şeker içediği için doymuştur.
25
(b) 400 g çözeltide, 400 x --------------- = 100 g şeker, 300 g su vardır.
100
20°C de 300 g suyun çözebileceği şeker miktarı;

204 g şeker
300 g su x ----------------------------- = 612 g şeker çözünebilir.
100 g su
Bunun 100 gramı var. Gereken şeker = 612 – 100 = 512 g
(c) 60°C de 200 g su

287 g şeker
200 g su x ------------------------------ = 574 g şeker çözebilir.
100 g su

20°C de 200 g su
204 g şeker
200 g su x ------------------------------ = 408 g şeker çözebilir.
100 g su

Aradaki fark (574 – 408 = 166 g şeker), çökecektir.

Çözünürlük Kuralları
Aşağıdaki kuralların akılda tutulması yararlı olur. Bu akılda tutma pek soruyu çözmede kolaylık sağlayacaktır.
1. 1A grubu elementlerinin yani alkali metallerin (Li+, Na+, K+, Cs+, Rb+) bileşikleri ve amonyum iyonu (NH4+) bileşikleri suda çok çözünür.
2. Nitrat iyonu (NO3-) içeren bileşikler suda çok çözünür.
3. Halojen iyonlu (Cl-, Br-, I- ) tuzların çoğu suda çok çözünür. Önemli istisnalarıAg+, Pb2+ ve (Hg2)2+ bileşikleridir. Buna göre, AgCl, PbBr2, and Hg2Cl2 suda az çözünür.
4. Gümüş tuzlarının çoğu suda az çözünür. AgF, AgNO3 and Ag(CH3COO) bileşikleri suda çok çözünür.
5. Sülfatların çoğu suda çok çözünür. Önemli istisnalar, BaSO4, PbSO4, Ag2SO4, ve CaSO4.
6. Hidroksitlerin çoğunun çözünürlüğü yüksektir.1A grubu ile 2A grubundan Ca, Sr, ve Ba hidroksitleri suda çok çözünür. Al3+ ve geçiş metallerinin hidroksitleri, örneğin Fe(OH)3, Al(OH)3, Co(OH)2 suda çok az çözünür.
7. Sülfürlerin çoğunun çözünürlüğü çok azdır. Buna göre CdS, FeS, ZnS, Ag2S çok az; arsenik, antimon, bizmuth ve kurşun sulfürler de az çözünür.
8. Karbonat tuzları da genle olarak az çözünür. 2A grubundan
CaCO3, SrCO3 ve Ba CO3 karbonatlar az çözünür. FeCO3, PbCO3 lar da öyle. Karbonat tuzları, asit çözeltilerinde çok çözünür.
9. Kromatlar,örneğinPbCrO4, BaCrO4; fosfatlar örneğin Ca3(PO4)2, Ag2PO4; floritler örneğin BaF2, MgF2, PbF2 suda az çözünür.
7.18 ÖRNEK
I. ve II. çözeltilerin karışımıyla çöken maddeler veriliyor. Net iyon denklemlerini yazınız.

I. çözelti II. çözelti Çöken madde
(a) Na2CrO4(aq) AgNO3(aq) Ag2CrO4(k)
(b) AlCl3(aq) Pb(NO3)2 (aq) PbCl2 (k)
(c) K2CO3(aq) CaCl2(aq) CaCO3(k)
Yanıt
(a) 2Ag+(aq) + CrO4-2 (aq) ---------> Ag2CrO4 (k)
(b) Pb+2 (aq) + 2Cl–(aq) ---------> PbCl2 (k)
(c) Ca+2(aq) + CO3-3 (aq) ---------> CaCO3(k)
Gazların Sıvılardaki Çözünürlüğü
Gazların sıvılardaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır. Örneğin 1 atm basınçta, 1 L suda 0°C ‘ta 21.5 mL çözünebilen H2 gazı, 20°C’tae 18.2 mL; 100°C ‘ta 16 mL çözünebilir. Yine 1 atm basınç altında 20C’de 100 g suda 0.17 g karbon dioksit çözünürken sıcaklık 50C’ye çıkarıldığında suda çözünebilen karbon dioksit miktarı 0.076 g olur.

Gaz -----------------> Gaz (aq) + Enerji
Gazların sudaki çözünürlüğü, sıcaklık arttıkça azalır; gazın kısmi basıncı arttıkça artar.
N2, H2, O2 gibi gazlar suda tepkime vermeden, sıvıdaki boşluklara yerleşerek çözünür. Oysa SO2, CO2, NH3, HCl, HF gibi gazlar su ile tepkime vererek çözündükleri için suda çok çözünürler ve bunların çözünürlüğü sıcaklıktan çok etkilenir. Ayrıca gazların sıvılardaki çözünürlüğü, gazın kısmi basıncı arttıkça artar (7.9 Şekil).

http://www.atominsan.com/images/gaz06.jpg

7.9 ŞEKİL : Gazların sudaki çözünürlüğü gazın kısmi basıncı arttıkça artar.

7.7 ÇÖZELTİLERİN KARIŞANLARINA AYRILMASI
Çözeltiler, değişik yöntemlerle bileşenlerine ayrılabilir. Biz burada iki önemli geleneksel yöntem üzerinde duracağız.
Ayrımsal kristallendirme
Bir sıvıda çözünmüş katı maddelerin çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişimlerinden yararlanarak ayırma yöntemidir. Örneğin 90 g potasyum nitrat, KNO3 ve 10 g sodyum klorür, NaCl, karışımının suda bulunduğunu varsayalım. Bu karışımdan KNO3 tuzunu saf olarak ayırmayı düşünelim. Karışım 60°C de 100 mL suda bulunsun. Karışımı düzenli olarak sıfır dereceye dek soğutalım. 0°C de NaCl ve KNO3 tuzlarının çözünürlükleri sırasıyla 12.1 g/100 mL su ve 34.2 g/100 mL sudur .
Bu nedenle 90 - 12 = 78 g KNO3 çökecek, ama NaCl nin tümü çökelmeden çözeltide kalacaktır. Böylece başlangıçtaki KNO3 ın yaklaşık %90 ı saf olarak elde edilir. KNO3 kristalleri süzme ile çözeltiden ayrılır.
Laboratuarda kullanılan organik ve anorganik maddelerin çoğu bu yöntemle saflaştırılır. Genel olarak ayrımsal kristallendirme, çözünürlüğü sıcaklıkla düzenli bir biçimde artan ya da yüksek sıcaklıkta düşük sıcaklıktakine göre daha fazla çözünürlüğe sahip olan maddelerde daha iyi sonuç verir. Aksi takdirde kristallenecek maddenin çoğu çözelti soğutulurken çözeltide kalır. Ayrıca bu yöntemle saflaştırmada en iyi sonuç, çözeltideki safsızlıkların çok az olmasıyla alınabilir.
Ayrımsal damıtma

Sıvı-sıvı karışımlarını uçuculuk farkından ya da kaynama noktaları farkından yararlanarak ayırma yöntemidir. Bu yöntemle kaynama noktaları farkı 20C gibi çok az olan sıvılar bile ayrılabilmektedir. 3.18 Şekilde ayrımsal damıtma düzeneği gösteriliyor.
Başarılı bir uygulama için kaynama noktaları olabildiğince uzak sıvı karışımları seçilmelidir. Örneğin antifriz maddesi olan glikol (C2H6O2) 197°C de kaynar ve su+glikol karışımı kolayca ayrılabilir.
Endüstride sıvı havadan oksijen ve azot gazları ayrımsal damıtma ile ayrılır. Sıvı hava ısıtılınca önce azot (kaynama noktası: -196°C) sonra oksijen (kaynama noktası: -183°C) buharlaşır. Petrol de bu yolla ayrıştırılmaktadır.