AYT ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER

Yazar
erdemhoca
-
0
10
AYT çözünürlük ve çözünürlüğe etki eden faktörler konu anlatımı kapağı

AYT çözünürlük ve çözünürlüğe etki eden faktörler konu anlatımı kapsamında çözünürlüğün tanımı, doymamış–doymuş–aşırı doymuş çözeltiler, çözünürlük eğrileri, kristallenme, madde cinsi, sıcaklık, basınç, ortak iyon ve çözünme hızı işlenecektir.
AYT kimya konularının tamamına AYT konu anlatımı arşivinden ulaşabilirsiniz.

Madde cinsiÇözücü–çözünen etkileşimlerinin türü ve gücü çözünürlüğü belirler.
SıcaklıkKatı ve sıvılarda çözünme ısısına; gazlarda ise çoğunlukla ters yönlü değişime bağlıdır.
BasınçKatı ve sıvılarda belirgin etki göstermez; gazlarda kısmi basınç arttıkça çözünürlük artar.
Çözünme hızıKarıştırma ve temas yüzeyi denge miktarını değil, dengeye ulaşma süresini değiştirir.

Çözünürlük ve Çözeltilerin Sınıflandırılması

Çözünürlük Nedir?

Bir maddenin başka bir madde içinde homojen olarak dağılmasına çözünme denir. Miktarı fazla olan ya da çözeltinin fiziksel hâlini belirleyen bileşen çoğunlukla çözücü, çözücü içinde dağılan bileşen ise çözünen olarak adlandırılır. Çözünme sınırsız değildir. Belirli bir sıcaklık ve basınçta belirli miktardaki çözücü, çözünenin ancak belirli bir miktarını çözebilir.

Çözünürlük, belirli sıcaklık ve basınçta 100 g çözücüde çözünebilen en fazla çözünen kütlesidir. Bir katının sudaki çözünürlüğü 25 °C’de 40 g/100 g su ise 100 g su en çok 40 g katıyı, 250 g su ise en çok 100 g katıyı çözebilir. İkinci değer yeni bir çözünürlük değildir; aynı çözünürlük oranının daha fazla suya uygulanmış hâlidir.

Çözünürlük, koşullar sabitken maddenin ayırt edici bir özelliğidir ve kullanılan madde miktarına bağlı değildir. Çözünen eklemek, çözücü eklemek veya çözeltiyi iki kaba bölmek çözünürlük değerini değiştirmez; yalnız çözeltide gerçekten çözünmüş madde miktarını ve derişimi değiştirebilir. Su için hacim verilirse yoğunluğun 1 g/mL kabul edildiği sorularda 100 mL su yaklaşık 100 g alınabilir; bu dönüşüm her çözücü için geçerli değildir.

Örnek - 1
25 °C’de X katısının sudaki çözünürlüğü 32 g/100 g sudur. Aynı sıcaklıkta 250 g suya 90 g X eklenip dengeye ulaşılması bekleniyor. Buna göre,

I. En fazla 80 g X çözünür.

II. Sıvı çözeltinin kütlesi 330 g olur.

III. Çözünmeden kalan X’in tamamını aynı sıcaklıkta çözmek için en az 31,25 g su eklenmelidir.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
250 g suyun çözebileceği X miktarı 32·250/100=80 g’dır. Eklenen 90 gramın 10 gramı çözünmeden kalır; çözeltinin kütlesi 250+80=330 g olur. 10 g X’i çözmek için gerekli su 10·100/32=31,25 g’dır. Üç yargı da doğrudur.

Cevap: E

Seyreltik ve Derişik Çözelti

Seyreltik ve derişik ifadeleri, çözünen oranı bakımından iki çözeltinin karşılaştırılmasıdır. Aynı çözüneni içeren çözeltilerden çözünen oranı küçük olan seyreltik, büyük olan derişiktir. Bu ifadeler tek başına bir çözeltinin doymuş olup olmadığını göstermez. Çok çözünen bir maddeyle hazırlanmış doymuş çözelti oldukça derişik olabilir; az çözünen bir maddenin doymuş çözeltisi ise başka bir çözeltiye göre seyreltik kalabilir.

Bir çözeltiye çözücü eklendiğinde çözünen miktarı sabit kalır, toplam çözelti miktarı arttığı için çözelti seyrelir. Çözünen eklenip tamamı çözündüğünde veya çözücü çökelme olmadan buharlaştırıldığında çözelti derişir. Bu işlemler, sıcaklık ve basınç değişmiyorsa maddenin çözünürlüğünü değiştirmez. Derişim çözeltinin gerçek bileşimini, çözünürlük ise belirli koşullardaki üst çözünme sınırını ifade eder.

Örnek - 2
X’in 20 °C’deki çözünürlüğü 30 g/100 g sudur. Aynı sıcaklıkta I. kapta 100 g suda 15 g, II. kapta 200 g suda 30 g X çözünmüştür. Buna göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) I. çözelti II’den daha seyreltiktir.
B) II. çözelti doymuş, I. çözelti doymamıştır.
C) İki çözeltinin derişimleri eşit ve ikisi de doymamıştır.
D) II. kaptaki X’in çözünürlüğü I. kaptakinin iki katıdır.
E) Kaplar birleştirilirse çözünürlük artar.
Her iki kapta çözünen/su oranı 15/100’dür; derişimleri eşittir. Doygunluk sınırı 30/100 olduğundan ikisi de doymamıştır. Su miktarının iki katına çıkması çözünürlük değerini değiştirmez.

Cevap: C

Doymamış, Doymuş ve Aşırı Doymuş Çözelti

Belirli koşullarda çözebileceği en fazla miktardan daha az çözünen içeren çözelti doymamış çözeltidir; aynı sıcaklıkta bir miktar daha çözünen çözebilir. Çözebileceği en fazla miktarı çözmüş çözelti doymuş çözeltidir. Doymuş çözeltinin dibinde katı bulunması zorunlu değildir. Ancak çözeltinin dibinde aynı maddeden çözünmemiş katı varsa ve sistem dengeye ulaşmışsa sıvı faz kesinlikle doymuştur.

Doymuş çözeltide çözünme bütünüyle durmaz. Katı yüzeyinden tanecikler çözeltiye geçerken çözeltideki bazı tanecikler de katıya döner. Bu iki olayın hızları eşit olduğunda dinamik denge kurulur; gözle toplam değişim görülmese de iki yönlü tanecik alışverişi sürer.

Belirli koşullardaki doygunluk sınırından daha fazla çözünmüş madde içeren çözelti aşırı doymuş çözeltidir. Böyle bir çözelti, çoğunlukla yüksek sıcaklıkta doymuş bir çözeltinin sarsılmadan ve kristallenme başlamadan soğutulmasıyla hazırlanır. Kararsızdır; küçük bir kristal tanesi, çizik veya sarsıntı fazla çözünenin hızla kristallenmesini başlatabilir. Kristallenme tamamlandığında kalan sıvı aynı sıcaklıkta doymuş hâle gelir.

Çözünürlük sıcaklık grafiğinde eğrinin altında doymamış, üzerinde doymuş ve üstünde aşırı doymuş çözelti bölgeleri
Eğrinin üzerindeki her nokta doygun çözeltinin bileşimini gösterir. Eğrinin altı doymamış, üstü ise çökelme gerçekleşmemişse aşırı doymuş bölgedir.
Dibinde katı bulunan doygun çözeltide eşit hızlı çözünme ve kristallenme yönlerini gösteren tanecik şeması
Doygun çözeltide çözünme hızı ile kristallenme hızı eşittir; çözeltideki toplam çözünmüş madde miktarı sabit kalır.
Dikkat
Dibinde katı bulunmayan bir çözelti yalnız görünüşüne bakılarak doymamış sayılamaz; tam doygun veya aşırı doymuş da olabilir. Buna karşılık dengeye ulaşmış çözeltinin dibinde aynı çözünenin katısı bulunması, sıvı fazın doymuş olduğunu gösterir.

Doygun Çözeltinin Bileşimi

Çözünürlük S g/100 g çözücü ise doygun çözeltinin temel oranı S g çözünen + 100 g çözücü = (S+100) g çözelti biçimindedir. Bu oran, istenen her çözücü veya çözelti kütlesine genişletilebilir. Örneğin S=25 ise 125 g doygun çözeltide 25 g çözünen ve 100 g çözücü; 500 g doygun çözeltide 100 g çözünen ve 400 g çözücü vardır.

Doygun çözeltinin kütlece yüzde derişimi %m/m = S/(S+100)·100 bağıntısıyla bulunur. Çözünürlük 25 g/100 g su iken yüzde derişim 25 değil, 25/125·100=%20’dir. Çünkü çözünürlükte payda çözücü kütlesi, kütlece yüzde derişimde payda toplam çözelti kütlesidir. Dibindeki çözünmemiş katı, sıvı çözeltinin kütlesine veya yüzde derişim hesabına katılmaz.

Örnek - 3
X’in belirli bir sıcaklıktaki çözünürlüğü 40 g/100 g sudur. Aynı sıcaklıktaki doygun X çözeltisinin kütlece yüzde derişimi kaçtır?

A) 20
B) 25
C) 28,6
D) 40
E) 66,7
100 g suda 40 g X çözündüğünde toplam çözelti 140 g olur. Kütlece yüzde derişim 40/140·100=28,6’dır. 40 değeri çözünürlüktür; yüzde derişim değildir.

Cevap: C

Çözünürlük Eğrileri ve Nicel Hesaplamalar

Çözünürlük–Sıcaklık Grafiğinin Okunması

Çözünürlük–sıcaklık grafiğinde yatay eksen sıcaklığı, düşey eksen genellikle 100 g çözücüde çözünebilen en fazla madde kütlesini gösterir. Eğrinin her noktası o sıcaklıktaki doygun çözelti oranıdır. Eğrinin yükselmesi sıcaklık arttıkça çözünürlüğün arttığını, alçalması ise azaldığını gösterir. Eğrinin dikliği yalnız grafiğin verilen aralığında sıcaklığa duyarlılığı karşılaştırmak için kullanılabilir; eksen ölçekleri farklı iki grafik yalnız görünüşlerine bakılarak karşılaştırılmaz.

Bir noktanın eğrinin altında olması, o bileşimde çözeltinin daha fazla çözünen alabileceğini gösterir. Eğri üzerindeki nokta doymuş çözeltiyi temsil eder. Eğri üstündeki bir bileşim iki olasılık taşır: fazla madde henüz kristallenmemişse aşırı doymuş çözelti, kristallenme gerçekleşmişse doymuş sıvı çözeltiyle birlikte dipte katı bulunur. Bu nedenle toplam eklenen madde ile gerçekten çözünmüş madde ayrılmalıdır.

Örnek - 4
X katısının çözünürlük sıcaklık eğrisi üzerinde B, eğrinin üstünde A ve altında C noktaları

Grafikte X katısının sudaki çözünürlüğü ve A, B, C bileşim noktaları gösterilmiştir. Her noktada çökelme olmadığı kabul edildiğine göre,

I. A çözeltisi aşırı doymuştur.

II. B çözeltisi doymuştur.

III. C çözeltisi aynı sıcaklıkta X çözebilir.

IV. A ve B aynı sıcaklıktaysa A’nın çözünmüş X/su oranı daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) II ve III
C) I, II ve III
D) II, III ve IV
E) I, II, III ve IV
Eğrinin üstündeki A, çökelme olmadığı için aşırı doymuş; eğri üzerindeki B doymuş; eğrinin altındaki C doymamıştır. Aynı sıcaklıkta eğrinin üstündeki A’nın çözünmüş madde/su oranı B’den büyüktür. Dört yargı da doğrudur.

Cevap: E

Doygun Çözelti Hazırlama ve Doygunluğa Ulaştırma

Doymamış bir çözelti sabit sıcaklıkta iki temel yolla doygunluğa ulaştırılabilir: çözünen eklenebilir veya çözücünün bir bölümü buharlaştırılabilir. İlk yolda çözücü kütlesi, ikinci yolda çözünen kütlesi başlangıçta sabit kalır. Hangi miktarın gerektiği, çözünürlük oranının mevcut çözücü kütlesine uygulanmasıyla bulunur.

Örneğin çözünürlük 50 g/100 g su ve çözeltide 300 g su varsa doygunlukta 150 g çözünen bulunmalıdır. Başlangıçta 90 g çözünmüşse 60 g daha çözünen gerekir. Aynı çözelti yalnız su buharlaştırılarak doygunlaştırılacaksa 90 g çözünenin doygun olacağı su miktarı 90·100/50=180 g’dır; 300−180=120 g su buharlaştırılmalıdır. Buharlaşan maddenin yalnız çözücü olduğu kabulü soruda açık veya bağlamdan zorunlu olmalıdır.

Örnek - 5
25 °C’de X’in çözünürlüğü 40 g/100 g sudur. Bu sıcaklıkta 500 g kütlece %24’lük X çözeltisini doygun hâle getirmek için,

I. 32 g X eklemek,

II. 80 g su buharlaştırmak,

III. 32 g su eklemek

işlemlerinden hangileri ayrı ayrı uygulanabilir?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Başlangıçta X kütlesi 500·0,24=120 g, su kütlesi 380 g’dır. 380 g suyun doygunlukta çözebileceği X 152 g olduğundan 32 g X eklenebilir. 120 g X’in doygun olacağı su kütlesi 120·100/40=300 g’dır; 80 g su buharlaştırılabilir. Su eklemek çözeltiyi daha da seyreltir. I ve II uygundur.

Cevap: C

Soğutma, Isıtma ve Kristallenme

Sıcaklık değiştiğinde yeni doygunluk sınırı grafikten okunur. Çözünürlüğü sıcaklıkla artan bir katının sıcak doygun çözeltisi soğutulduğunda çözünürlük azalır. Çözelti yeni sıcaklıkta taşıyabileceğinden fazla madde içerdiği için fazla çözünen kristallenir. Kristal kütlesi, aynı çözücü kütlesi için iki sıcaklıktaki doygunluk miktarlarının farkıdır.

Saf çözücü buharlaşmıyorsa soğutma sırasında çözücü kütlesi değişmez. Bu nedenle hesap, başlangıç çözeltisinin içindeki suyu bulmakla başlar. Kristaller çöktükten sonra kalan sıvı çözelti yeni sıcaklıkta doymuştur. Kristallendirme, çözünürlüğü sıcaklıkla belirgin değişen katıların saflaştırılmasında kullanılır: sıcak çözeltide çözünen madde soğutulunca kristal hâlinde ayrılırken bazı safsızlıklar çözeltide kalabilir.

Örnek - 6
X’in sudaki çözünürlüğü 60 °C’de 80 g/100 g su, 20 °C’de 30 g/100 g sudur. 60 °C’deki 540 g doygun X çözeltisi, su kaybı olmadan 20 °C’ye soğutuluyor. Kaç gram X kristallenir?

A) 90
B) 120
C) 135
D) 150
E) 180
60 °C’de 180 g doygun çözeltide 100 g su ve 80 g X vardır. 540 g çözeltide 300 g su ve 240 g X bulunur. 20 °C’de 300 g su en çok 30·300/100=90 g X çözer. Kristallenen kütle 240−90=150 g’dır.

Cevap: D

Çökelmeyi Önlemek İçin Çözücü Ekleme

Bir doygun çözelti, çözünürlüğün daha düşük olduğu sıcaklığa getirilirken kristallenme istenmiyorsa çözücü miktarı artırılabilir. Yeni sıcaklıktaki çözünürlük oranı, çözeltideki bütün çözüneni taşıyacak toplam çözücü kütlesini verir. Bulunan toplamdan başlangıçtaki çözücü çıkarıldığında eklenecek en az çözücü miktarı elde edilir.

Bu işlemde “çöken maddeyi yeniden çözmek” ile “çökelmeyi hiç başlatmamak” aynı son orana götürür; ancak hesapta çözünmüş toplam madde korunur. Eklenen çözücü miktarı tam sınır değerindeyse çözelti yeni sıcaklıkta doymuş, daha büyükse doymamış olur.

Örnek - 7
X’in çözünürlüğü 50 °C’de 80 g/100 g su, 10 °C’de 40 g/100 g sudur. 50 °C’deki 360 g doygun çözelti 10 °C’ye soğutulurken çökelme olmaması için en az kaç gram su eklenmelidir?

A) 80
B) 120
C) 160
D) 200
E) 240
50 °C’de 180 g doygun çözeltide 100 g su ve 80 g X bulunur. 360 g çözeltide 200 g su ve 160 g X vardır. 10 °C’de 160 g X’i çözmek için 160·100/40=400 g su gerekir. Başlangıçta 200 g su bulunduğundan en az 200 g su eklenmelidir.

Cevap: D

Ardışık İşlemlerde Madde Dengesi

Bir çözeltiye buharlaştırma, sıcaklık değişimi ve çözücü ekleme art arda uygulanıyorsa her aşamanın son bileşimi bir sonraki aşamanın başlangıç bileşimidir. Buharlaşmada yalnız çözücü ayrılıyorsa çözünenin toplam kütlesi, kristallenmede ise çözücünün kütlesi korunur. Doygunluk sınırını aşan çözünen katı faza geçer; bu katı, sıvı çözeltinin kütlesine katılmaz.

Birden fazla maddeye ait eğriler karşılaştırılırken her madde kendi eğrisiyle değerlendirilir. Aynı sıcaklık değişimi, çözünürlüğü artan bir katıda daha fazla maddenin çözünmesine; çözünürlüğü azalan başka bir katıda kristallenmeye yol açabilir. Bu nedenle yalnız sıcaklığın artması veya azalması değil, her eğrinin başlangıç ve son değerleri belirleyicidir.

Örnek - 8
X, Y ve Z katılarının 20 ve 60 derece arasındaki farklı çözünürlük eğrileri

20 °C’de ayrı kaplardaki 100’er g suya 50’şer g X, Y ve Z eklenip dengeye ulaşılması bekleniyor; ardından kaplar 60 °C’ye getiriliyor. Grafiğe göre,

I. X kabında ısıtma sırasında çözünmemiş katının tamamı çözünür.

II. Y çözeltisindeki çözünmüş madde kütlesi değişmez ve çözelti 60 °C’de doymuş olur.

III. Z kabında ısıtma sırasında 20 g daha katı çözünür.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Grafikte X’in çözünürlüğü 20 °C’de 20, 60 °C’de 80 g’dır; başlangıçta 30 g katı kalır ve ısıtılınca tamamı çözünür. Y’nin çözünürlüğü 70’ten 50 g’a iner; başlangıçtaki 50 g tamamen çözünmüştür ve son durumda tam doygunluk sınırındadır. Z’nin çözünürlüğü 30’dan 60 g’a yükselir; başlangıçta çözünen 30 grama ek olarak kalan 20 g da çözünür. Üç yargı doğrudur.

Cevap: E

Örnek - 9
X’in çözünürlüğü 80 °C’de 100 g/100 g su, 20 °C’de 30 g/100 g sudur. 80 °C’deki 600 g doygun çözeltiden aynı sıcaklıkta 60 g su buharlaştırılıyor; denge sağlandıktan sonra karışım 20 °C’ye soğutuluyor. Toplam kaç gram X katısı ayrılır?

A) 168
B) 180
C) 210
D) 228
E) 240
80 °C’de çözünürlük 100/100 olduğundan 600 g doygun çözeltide 300 g su ve 300 g X vardır. 60 g su buharlaşınca 240 g su kalır; bu su 80 °C’de 240 g X çözebilir ve 60 g X ayrılır. 20 °C’de 240 g su yalnız 30·240/100=72 g X çözer; ikinci aşamada 240−72=168 g daha ayrılır. Toplam 60+168=228 g’dır.

Cevap: D

Örnek - 10
X’in 20 °C’deki çözünürlüğü 40 g/100 g sudur. Daha yüksek bir sıcaklıktaki 360 g doygun X çözeltisi, su kaybı olmadan 20 °C’ye soğutulduğunda 80 g X kristalleniyor. X’in yüksek sıcaklıktaki çözünürlüğü kaç g/100 g sudur?

A) 50
B) 60
C) 70
D) 80
E) 90
Başlangıçtaki su kütlesi w, çözünmüş X kütlesi x olsun. x+w=360’tır. Soğutma sonunda 80 g kristallendiğine göre x−80=0,40w olur. x=0,40w+80 ifadesi ilk eşitlikte kullanılırsa 1,40w=280 ve w=200 g bulunur. Başlangıçtaki x=160 g olduğundan yüksek sıcaklıktaki çözünürlük 160/200·100=80 g/100 g sudur.

Cevap: D

Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler

Çözücü ve Çözünenin Cinsi

Çözünme sırasında çözücü tanecikleri birbirinden, çözünen tanecikleri de kendi aralarından kısmen ayrılır; ardından çözücü ile çözünen arasında yeni çekimler kurulur. Yeni etkileşimler, ayrılma için gereken enerji kaybını yeterince karşılıyorsa çözünme daha elverişli olur. Bu nedenle çözünürlük yalnız “polar–apolar” etiketinden değil, tanecikler arasındaki etkileşimlerin türü ve göreli gücünden doğar.

“Benzer benzeri çözer” ilkesi bu ilişkinin kısa ifadesidir. Polar su; HCl gibi polar moleküllerle dipol–dipol, NH3 ile hidrojen bağı, NaCl gibi iyonik maddelerle iyon–dipol etkileşimi kurabilir. Apolar I2, apolar CCl4 içinde London kuvvetleriyle daha iyi dağılır. Apolar O2‘nin suda çözünürlüğü sıfır değildir; indüklenmiş dipol etkileşimleri nedeniyle az miktarda çözünür. Dolayısıyla “iyi çözünmez” ile “hiç çözünmez” aynı anlamda kullanılmamalıdır.

Örnek - 11
Aşağıdaki çözücü–çözünen çiftlerinden hangisinde verilen temel etkileşim ve çözünme eğilimi birlikte doğrudur?

A) NaCl–CCl4: güçlü iyon–dipol, iyi çözünme
B) I2–CCl4: London kuvvetleri, iyi çözünme
C) NH3–H2O: yalnız London kuvvetleri, iyi çözünme
D) HCl–H2O: iyon–indüklenmiş dipol, çözünmeme
E) O2–H2O: hidrojen bağı, sınırsız çözünme
I2 ve CCl4 apolardır; aralarında London kuvvetleri etkindir ve I2 CCl4‘te iyi çözünür. NaCl ile apolar CCl4 arasında güçlü iyon–dipol kurulmaz. NH3 suyla hidrojen bağı, HCl suyla dipol–dipol ve iyonlaşma etkileşimleri gösterir. O2 suda az çözünür, hidrojen bağı kurmaz.

Cevap: B

Sıcaklığın Katı ve Sıvıların Çözünürlüğüne Etkisi

Çözünme ısı alarak gerçekleşiyorsa endotermik çözünme, ısı vererek gerçekleşiyorsa ekzotermik çözünme adını alır. Endotermik çözünme X(k)+ısı ⇌ X(suda), ekzotermik çözünme ise X(k) ⇌ X(suda)+ısı biçiminde düşünülebilir. Çift yönlü ok, doygun çözeltide çözünme ile kristallenmenin birlikte sürdüğünü gösterir.

Endotermik çözünmede sıcaklık arttığında sisteme eklenen ısıyı tüketen çözünme yönü desteklenir ve çözünürlük artar. Ekzotermik çözünmede ısı ürün tarafındadır; sıcaklık artışı kristallenme yönünü destekler ve çözünürlük azalır. Birçok katının sudaki çözünürlüğü sıcaklıkla artsa da bu genel eğilim kesin kural değildir. Bir maddenin davranışı verilen denklem, tablo veya çözünürlük eğrisinden belirlenir.

Endotermik çözünmede yükselen, ekzotermik çözünmede azalan çözünürlük sıcaklık eğrileri
Endotermik çözünmede sıcaklık artışı çözünürlüğü artırırken ekzotermik çözünmede azaltır. Eğrinin yönü, katı ya da sıvı olmasından tek başına çıkarılamaz.
Örnek - 12
X ve Y katılarının suda çözünme denklemleri sırasıyla X(k)+ısı ⇌ X(suda) ve Y(k) ⇌ Y(suda)+ısı biçimindedir. Aynı sıcaklıkta dibinde katı bulunan doygun X ve Y çözeltileri ısıtılıyor. Isıtma sonunda her iki kapta da katı faz kaldığı gözleniyor. Su kaybı olmadığına göre,

I. X kabında bir miktar daha X çözünür.

II. Y kabında çözünmüş Y miktarı azalır.

III. Her iki sıvı faz da yeni sıcaklıkta doygun kalır.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
X endotermik çözündüğü için ısıtılınca çözünürlüğü artar ve dipteki katının bir bölümü çözünür. Y ekzotermik çözündüğü için çözünürlüğü azalır ve çözünmüş Y’nin bir bölümü kristallenir. Her iki kapta da katı faz bulunduğundan denge kurulduğunda sıvı faz yeni sıcaklıkta doygundur.

Cevap: E

Gazların Çözünürlüğünde Sıcaklık

Gazların sıvılarda çözünmesi çoğunlukla ekzotermiktir. Gaz tanecikleri sıvı içine girdiğinde çözücü tanecikleriyle etkileşim kurar ve enerji açığa çıkar. Sıcaklık yükseldiğinde gazın sıvıdan ayrılma eğilimi artar; bu nedenle gazların çözünürlüğü genellikle azalır. Soğuk gazlı içeceğin kabarcıklarını daha yavaş kaybetmesi ve soğuk suda daha fazla O2 bulunabilmesi bu ilişkiyle açıklanır.

Sıcaklık artışı yalnız denge çözünürlüğünü değil, taneciklerin hareket hızını da artırır. Bu yüzden sıcak bir sıvıda gaz kabarcıklarının daha hızlı çıkması hem çözünürlüğün azalması hem de kütle aktarımının hızlanmasıyla ilişkilidir. Denge sonunda sıvıda kalan gaz miktarını belirleyen büyüklük ise çözünürlüktür.

Gazların Çözünürlüğünde Basınç ve Henry Yasası

Katı ve sıvılar çok az sıkıştırılabildiği için basınç değişimi onların sıvılardaki çözünürlüğünü belirgin ölçüde etkilemez. Gazlarda ise sıvı yüzeyine çarpan gaz taneciklerinin sayısı önemlidir. Sıvının üzerindeki gazın kısmi basıncı arttıkça birim zamanda sıvıya giren gaz taneciği sayısı artar ve yeni dengede daha çok gaz çözünür.

Seyreltik çözeltilerde ve gaz çözücüyle tepkime vermiyorsa bu ilişki Henry yasası ile C=kH·Pgaz biçiminde verilebilir. C çözünmüş gaz derişimi, Pgaz ilgili gazın kısmi basıncı, kH ise gaz–çözücü çiftine ve sıcaklığa bağlı sabittir. Aynı sıcaklıkta kısmi basınç iki katına çıkarılırsa ideal sınırda çözünmüş gaz derişimi de iki katına çıkar.

Toplam basınç ile ilgili gazın kısmi basıncı aynı değildir. Sabit sıcaklık ve hacimde kaba He eklemek toplam basıncı artırsa da O2‘nin molü ve hacmi değişmiyorsa O2 kısmi basıncı değişmez; O2 çözünürlüğü de değişmez. Gazlı içecek şişesi açıldığında ise CO2‘nin üzerindeki kısmi basınç düşer, çözünürlük azalır ve gaz kabarcıkları sıvıdan ayrılır.

Gaz çözünürlüğünün düşük sıcaklık ve yüksek basınçta arttığını karşılaştıran iki panelli şema
Aynı gaz–çözücü çifti için düşük sıcaklık ve yüksek gaz kısmi basıncı, sıvıda daha fazla gazın çözünmüş kalmasını destekler.
Örnek - 13
Aynı gazın aynı sıvıdaki denge çözünürlüğü aşağıdaki koşullarda karşılaştırılıyor:

I. 20 °C, 1 atm gaz kısmi basıncı

II. 20 °C, 3 atm gaz kısmi basıncı

III. 40 °C, 3 atm gaz kısmi basıncı

IV. 40 °C, 1 atm gaz kısmi basıncı

Buna göre,

1. II’deki çözünürlük I’dekinden büyüktür.

2. III’teki çözünürlük IV’tekinden büyüktür.

3. I’deki çözünürlük IV’tekinden büyüktür.

karşılaştırmalarından hangileri kesinlikle doğrudur?

A) Yalnız 1
B) Yalnız 2
C) 1 ve 2
D) 2 ve 3
E) 1, 2 ve 3
Aynı sıcaklıkta kısmi basınç arttıkça gaz çözünürlüğü artar; bu nedenle II>I ve III>IV’tür. Aynı kısmi basınçta sıcaklık arttıkça gaz çözünürlüğü azaldığından I>IV’tür. Üç karşılaştırma da kesindir. II ile III veya I ile III gibi hem sıcaklığın hem basıncın değiştiği çiftler nicel veri olmadan kesin sıralanamaz.

Cevap: E

Örnek - 14
Sürtünmesiz piston altında O2 gazı ve O2 ile dengede sulu çözelti bulunan kap

Şekilde O2(g) ile O2(suda) dengesi sabit sıcaklıkta kurulmuştur. İşlemler ayrı ayrı uygulanıyor. Buna göre,

I. Piston aşağı itilirse O2‘nin çözünürlüğü artar.

II. Piston sabitlenip aynı sıcaklıkta He eklenirse O2‘nin kısmi basıncı ve çözünürlüğü değişmez.

III. Piston sabitlenip O2 eklenirse O2‘nin çözünürlüğü artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Piston aşağı itildiğinde gaz hacmi azalır ve O2‘nin kısmi basıncı artar. Sabit hacimde He eklemek O2‘nin molünü veya hacmini değiştirmediği için O2 kısmi basıncını değiştirmez. Sabit hacimde O2 eklemek ise O2 kısmi basıncını artırır. Üç yargı da doğrudur.

Cevap: E

Ortak İyonun Nitel Etkisi

İyonik bir katı suda çözündüğünde iyonlarına ayrılır. Örneğin KCl(k) ⇌ K+(suda)+Cl−(suda) dengesi kurulur. Çözeltiye önceden K+ sağlayan KNO3 veya Cl− sağlayan NaCl eklenmişse bu iyonlardan biri çözünme denkleminde zaten bulunur. Böyle bir iyona ortak iyon denir.

Ortak iyonun bulunması, çözünme–kristallenme dengesini katı oluşumu yönünde etkiler ve tuzun molar çözünürlüğünü saf sudakine göre azaltır. Bu bölümde etki nitel olarak değerlendirilir. Çözünürlük çarpımı Kçç, iyon derişimlerinden nicel çözünürlük ve çökelme koşulları çözünürlük dengesi başlığında ayrıca ele alınır.

Örnek - 15
Aynı sıcaklıkta KCl katısının eşit hacimli saf su, KNO3 çözeltisi ve NaNO3 çözeltisindeki molar çözünürlükleri sırasıyla S1, S2 ve S3‘tür. Diğer iyonik etkiler ihmal edildiğine göre sıralama hangisidir?

A) S1=S2=S3
B) S2>S1=S3
C) S1=S3>S2
D) S1>S2>S3
E) S3>S2>S1
KNO3 çözeltisindeki K+, KCl için ortak iyondur ve KCl’nin çözünürlüğünü azaltır. NaNO3 KCl ile ortak iyon içermez; diğer etkiler ihmal edildiğinde saf suyla aynı çözünürlük kabul edilir. Bu nedenle S1=S3>S2‘dir.

Cevap: C

Çözünme Hızı ile Çözünürlüğün Ayrılması

Çözünme Hızı Nedir?

Çözünme hızı, birim zamanda çözünen madde miktarıdır. Çözünürlük “denge sonunda en fazla ne kadar çözünür?” sorusunun, çözünme hızı ise “bu miktara ne kadar sürede ulaşılır?” sorusunun karşılığıdır. Aynı sıcaklıkta aynı miktar suya atılan küp şeker ile pudra şekerinin çözünme süreleri farklı olabilir; ancak denge sonunda çözebilecekleri en fazla şeker miktarı aynıdır.

Çözünmüş madde miktarı–zaman grafiğinde eğimin büyüklüğü çözünme hızını gösterir. Başlangıçta çözücüyle temas eden çözünmemiş madde fazla olduğundan eğim büyük olabilir; doygunluğa yaklaşıldıkça net çözünme hızı azalır. Aynı koşullarda eşit yatay son değere ulaşan eğriler aynı çözünürlüğü, farklı sürede ulaşmaları ise farklı çözünme hızlarını gösterir.

Örnek - 16
Suda endotermik çözünen bir X katısının hem çözünme hızını hem de denge çözünürlüğünü kesin olarak artıran işlem hangisidir?

A) Katıyı toz hâline getirmek
B) Çözeltiyi karıştırmak
C) Sıcaklığı artırmak
D) Aynı sıcaklıkta X eklemek
E) Basıncı artırmak
Toz hâline getirmek ve karıştırmak çözünme hızını artırır, çözünürlüğü değiştirmez. Endotermik çözünmede sıcaklık artışı hem tanecik hareketini hızlandırır hem de denge çözünürlüğünü artırır. Katı miktarı veya basınç artışı katının çözünürlük değerini değiştirmez.

Cevap: C

Temas Yüzeyi ve Karıştırma

Bir katı küçük parçalara ayrıldığında toplam temas yüzeyi artar. Daha fazla katı yüzeyi aynı anda çözücüyle temas ettiği için birim zamanda çözeltiden ayrılan tanecik sayısı artar; katı daha hızlı çözünür. Karıştırma da katı yüzeyinde çözünen bakımından zenginleşmiş sıvı tabakasını uzaklaştırıp daha seyreltik çözücüyü yüzeye taşır. Böylece kütle aktarımı hızlanır.

Bu işlemler sıcaklık, basınç ve madde cinsi sabitken doygunluk sınırını değiştirmez. Toz ve küp hâlindeki eşit kütleli aynı madde, yeterli süre sonunda aynı miktar çözücüde aynı en yüksek miktarda çözünür. Katalizör kavramı kimyasal tepkime hızını değiştirir; fiziksel çözünmenin denge çözünürlüğünü artıran genel bir etken değildir.

Örnek - 17
Suda ekzotermik çözünen X katısının dibinde katı bulunan doygun çözeltisi ısıtılıp yeni dengeye ulaştırılıyor. Su kaybı olmadığına göre aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

A) X’in çözünürlüğü azalır.
B) Bir miktar X kristallenir.
C) Sıvı faz yeni sıcaklıkta doymuştur.
D) Sıvı fazdaki çözünmüş X/su oranı azalır.
E) Karıştırma uygulanırsa yeni dengedeki çözünmüş X miktarı artar.
Ekzotermik çözünmede sıcaklık artınca çözünürlük azalır ve bir miktar X kristallenir. Katı faz bulunduğu için sıvı yeni sıcaklıkta doygun kalır; çözünmüş X/su oranı düşer. Karıştırma yalnız yeni dengeye ulaşma hızını değiştirir, dengedeki çözünmüş miktarı artırmaz. Yanlış ifade E’dir.

Cevap: E

Sıcaklık ve Madde Cinsinin İki Farklı Etkisi

Sıcaklık ve madde cinsi hem çözünme hızını hem çözünürlüğü etkileyebilir; ancak iki etki aynı kavram değildir. Sıcaklık artışı taneciklerin hareketini hızlandırdığı için çoğu çözünme sürecini hızlandırır. Denge çözünürlüğünün artıp azalması ise çözünmenin endotermik veya ekzotermik olmasına bağlıdır. Ekzotermik çözünen bir katı daha hızlı dengeye ulaşırken yeni denge miktarı daha düşük olabilir.

Madde cinsi de iki ayrı düzeyde etkilidir. Taneciklerin boyutu, örgü yapısı ve çözücüyle etkileşimleri yüzeyden ayrılma hızını; çözünme sonunda kurulabilecek etkileşimlerin enerji dengesi ise çözünürlüğü belirler. Bir maddenin hızlı çözünmesi onun mutlaka çok çözüneceğini, yavaş çözünmesi de az çözüneceğini göstermez.

Dikkat
Karıştırma, öğütme ve temas yüzeyini artırma çözünme süresini kısaltır; sıcaklık ve basınç sabitken çözünürlük değerini değiştirmez. “Daha hızlı çözündü” ifadesinden “daha fazla çözündü” sonucu çıkarılamaz.
Örnek - 18
Yüksek sıcaklıkta hazırlanmış doygun X çözeltisi, kristallenme başlamadan yavaşça oda sıcaklığına soğutuluyor. Oda sıcaklığında çözünmüş X miktarı denge çözünürlüğünden büyüktür. Buna göre,

I. Çözelti aşırı doymuştur.

II. Küçük bir X kristali eklenmesi kristallenmeyi başlatabilir.

III. Kristallenme tamamlandığında kalan sıvı faz doymuş olur.

IV. Karıştırma çözünürlük değerini artırarak fazla X’i çözeltide tutar.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) II ve III
C) I, II ve III
D) II, III ve IV
E) I, II, III ve IV
Denge sınırından fazla çözünmüş madde içeren çözelti aşırı doymuş ve kararsızdır. Tohum kristal, kristallenme için çekirdek oluşturabilir. Fazla X ayrıldıktan sonra sıvı faz doymuş hâle gelir. Karıştırma çözünürlük değerini artırmaz; tersine kristallenmeyi başlatabilir. I, II ve III doğrudur.

Cevap: C

Örnek - 19
Aynı yatay son değere farklı sürelerde ulaşan I, II ve III çözünmüş madde miktarı zaman eğrileri

Aynı sıcaklıkta eşit miktarda su ve eşit kütlede X kullanılarak yapılan I, II ve III deneylerinin grafiği verilmiştir. X’in tamamı her deneyde çözünmüştür. Buna göre,

I. Üç deneyde X’in sudaki çözünürlüğü aynıdır.

II. Başlangıçtaki çözünme hızı I>II>III biçimindedir.

III. I. deneyde X’in temas yüzeyi III. deneydekinden daha büyük olabilir.

IV. III. deney sonunda çözelti kesinlikle doymuştur.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) I ve III
C) II ve IV
D) I, II ve III
E) I, II, III ve IV
Aynı madde, çözücü ve sıcaklıkta çözünürlük aynıdır. Eğimin büyüklüğü başlangıç hızını verir ve grafikte I>II>III’tür. Büyük temas yüzeyi I’in daha hızlı çözünmesini açıklayabilir. Bütün X’in çözünmesi çözeltinin doymuş olduğunu kanıtlamaz; eklenen miktar doygunluk sınırından az olabilir. I, II ve III doğrudur.

Cevap: D

Örnek - 20
Aynı sıcaklıkta aşağıdaki işlemler ayrı ayrı uygulanıyor:

I. Doymamış NaCl çözeltisine bir miktar NaCl eklenip tamamını çözmek

II. Doymuş KCl çözeltisine ortak iyon içeren KNO3 eklemek

III. CO2 ile dengedeki kapalı suda CO2‘nin kısmi basıncını artırmak

IV. Doymamış şeker çözeltisini karıştırmak

Buna göre çözünürlük değerini artıran işlemler hangileridir?

A) Yalnız III
B) I ve III
C) II ve IV
D) I, III ve IV
E) I, II, III ve IV
I. işlem çözeltinin derişimini artırır, NaCl’nin çözünürlük değerini değiştirmez. Ortak iyon KCl’nin çözünürlüğünü azaltır. CO2‘nin kısmi basıncının artması gaz çözünürlüğünü artırır. Karıştırma yalnız çözünme hızını artırır. Yalnız III çözünürlük değerini artırır.

Cevap: A

Önceki Konu: Koligatif Özellikler
Sonraki Konu: Termokimya: Entalpi, Bağ Enerjisi ve Hess Yasası

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz