AYT KOLİGATİF ÖZELLİKLER

0
8
AYT Kimya koligatif özellikler konu anlatımı kapağı

AYT koligatif özellikler konu anlatımı kapsamında etkin tanecik sayısı, Van’t Hoff faktörü, buhar basıncı alçalması, Raoult yasası, kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması, ozmoz, ozmotik basınç ve ters ozmoz işlenecektir.
AYT kimya konularının tamamına AYT konu anlatımı arşivinden ulaşabilirsiniz.

Buhar basıncıUçucu olmayan çözünen arttıkça çözücünün buhar basıncı azalır.
Kaynama noktasıÇözelti dış basınca daha yüksek sıcaklıkta ulaşır; kaynama noktası yükselir.
Donma noktasıÇözünen tanecikleri düzenli katı yapı oluşumunu zorlaştırır; donma noktası düşer.
Ozmotik basınçÇözeltideki etkin tanecik derişimi arttıkça çözücü geçişini durdurmak için gereken basınç artar.

Koligatif Özelliklerin Tanecik Temeli

Koligatif Özellik Ne Demektir?

Çözelti, çözünen taneciklerinin çözücü içinde homojen olarak dağıldığı karışımdır. Çözeltinin yalnız çözünen taneciklerinin sayısına veya derişimine bağlı olarak değişen özelliklerine koligatif özellikler denir. “Koligatif” sözcüğü burada taneciklerin ortak etkisini anlatır: ideal ve yeterince seyreltik iki çözeltide eşit sayıda etkin tanecik varsa taneciklerin şeker, tuz veya başka bir madde olması temel sonucu değiştirmez.

Dört temel koligatif değişim vardır: çözücünün buhar basıncı azalır, kaynama noktası yükselir, donma noktası düşer ve ozmotik basınç oluşur. Bu değişimlerin büyüklüğü çözünenin kimyasal adıyla değil, çözeltide oluşturduğu toplam tanecik sayısıyla ilişkilidir. Bununla birlikte bağıntılar ideal çözelti yaklaşımına dayanır; çok derişik çözeltilerde iyonlar arası etkileşimler sonucu deneysel değerler ideal hesaptan sapabilir.

Örnek - 1
Aynı çözücüyle ve aynı sıcaklıkta hazırlanan ideal, seyreltik X ve Y çözeltilerinde uçucu olmayan çözünenlerin etkin tanecik molaliteleri eşittir. X’in çözüneni glikoz, Y’ninki iyonik bir tuzdur. Buna göre,

I. X ve Y’nin buhar basıncı alçalmaları eşittir.

II. X ve Y’nin kaynama noktası yükselmeleri eşittir.

III. Y’nin çözüneninin kimyasal türü farklı olduğundan donma noktası alçalması kesinlikle daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Aynı çözücü ve sıcaklıkta koligatif değişimler etkin tanecik derişimine bağlıdır. Etkin tanecik molaliteleri eşit olduğundan buhar basıncı alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası alçalması eşit olur. Çözünenin glikoz veya tuz olması tek başına fark doğurmaz. I ve II doğru, III yanlıştır.

Cevap: C

Moleküler Çözünme ve İyonik Ayrışma

Glikoz, sakkaroz ve üre gibi moleküler maddeler suda çözündüğünde molekülleri parçalanmadan dağılır. Bir mol glikoz ideal olarak bir mol çözünmüş tanecik oluşturur. NaCl gibi iyonik bir katı ise suda Na+ ve Cl iyonlarına ayrışır; bir mol NaCl tam ayrıştığında iki mol tanecik oluşur. CaCl2 üç, Al2(SO4)3 ise beş mol iyon verir.

Koligatif hesapta maddenin formül molü ile çözeltideki tanecik molü aynı kabul edilmemelidir. Örneğin 0,10 mol glikoz 0,10 mol etkin tanecik, 0,10 mol MgCl2 ise tam ayrışma varsayımıyla 0,30 mol etkin tanecik oluşturur. Güçlü elektrolitlerde tam ayrışma kabulü ayrıca belirtilir; zayıf elektrolitlerde ayrışma tamamlanmadığı için tanecik sayısı verilen ayrışma derecesine göre belirlenmelidir.

Örnek - 2
Aynı sıcaklıkta, aynı çözücüyle hazırlanan 0,20 molal C6H12O6, 0,12 molal NaCl ve 0,07 molal AlCl3 çözeltilerinde iyonik maddelerin tamamen ayrıştığı kabul ediliyor. Çözünen kaynaklı etkin tanecik molalitelerinin sıralaması hangisidir?

A) C6H12O6 > NaCl > AlCl3
B) NaCl > AlCl3 > C6H12O6
C) AlCl3 > NaCl > C6H12O6
D) AlCl3 > C6H12O6 > NaCl
E) Üçü eşittir.
Glikoz moleküler çözündüğünden etkin molalite 1×0,20=0,20 molaldir. NaCl iki iyon verdiği için 2×0,12=0,24 molal, AlCl3 dört iyon verdiği için 4×0,07=0,28 molal etkin tanecik oluşturur. Sıralama AlCl3 > NaCl > glikozdur.

Cevap: C

Van’t Hoff Faktörü: i

Van’t Hoff faktörü (i), bir formül birimi çözünenin çözeltide kaç etkin taneciğe karşılık geldiğini gösterir. Moleküler çözünüp iyonlaşmayan maddelerde i=1’dir. Tam ayrışan NaCl için i=2, CaCl2 için i=3, Al2(SO4)3 için i=5 alınır. Bu sayı formüldeki bütün iyon katsayılarının toplamıdır; iyonların yük büyüklükleri toplanmaz.

Gerçek çözeltilerde iyonlar birbirini çekip kısa süreli iyon çiftleri oluşturabildiği için deneysel i, tam ayrışma sonucundaki tam sayıdan daha küçük çıkabilir. Bir madde moleküller hâlinde birleşiyorsa etkin tanecik sayısı azalır ve i<1 olabilir. Bir maddenin deneysel i değeri, ölçülen koligatif değişimin aynı derişimdeki iyonlaşmayan maddeye göre kaç kat olduğundan bulunabilir.

Örnek - 3
Aynı çözücüde hazırlanan 0,10 molal X çözeltisinin donma noktası alçalması, 0,35 molal üre çözeltisininkiyle eşittir. Ürenin i değeri 1 olduğuna göre X’in deneysel Van’t Hoff faktörü kaçtır?

A) 1,5
B) 2,0
C) 2,5
D) 3,0
E) 3,5
Aynı çözücüde donma noktası alçalması i·m ile orantılıdır. X için i·0,10, üre için 1·0,35 yazılır. i·0,10=0,35 eşitliğinden i=3,5 bulunur. Bu değer, X’in bir formül molü başına deneysel olarak 3,5 mol etkin tanecik etkisi oluşturduğunu gösterir.

Cevap: E

Molalite, Molarite ve Etkin Tanecik Derişimi

Molalite (m), çözünenin mol sayısının çözücünün kilogram cinsinden kütlesine oranıdır: m=nçözünen/mçözücü(kg). Kaynama ve donma noktası değişimlerinde molalite kullanılır; çünkü çözücü kütlesi sıcaklıkla değişmez. Molarite (M) ise çözünenin mol sayısının litre cinsinden çözelti hacmine oranıdır. Ozmotik basınçta hacimle ilişkili olduğu için molarite kullanılır.

İyonlaşma etkisi hesaba katıldığında kaynama ve donma için etkin tanecik molalitesi i·m, ozmotik basınç için etkin tanecik molaritesi i·M olur. m ile M aynı sembolün farklı yazımı değildir: küçük m molaliteyi, büyük M molariteyi belirtir. Buhar basıncı hesabında ise çözücü ve çözünenin mol sayılarından bulunan mol kesri kullanılır.

Buhar Basıncı Alçalması ve Raoult Yasası

Buharlaşma, Yoğuşma ve Denge Buhar Basıncı

Sıvının yüzeyindeki yeterli kinetik enerjiye sahip tanecikler, aralarındaki çekimleri yenerek gaz fazına geçebilir; bu olaya buharlaşma denir. Buharlaşma her sıcaklıkta ve yalnız sıvı yüzeyinde gerçekleşir. Kapalı kapta gaz fazındaki bazı tanecikler yeniden sıvıya döner; bu ters olay yoğuşmadır.

Sabit sıcaklıkta buharlaşma ve yoğuşma hızları eşitlendiğinde dinamik denge oluşur. Bu dengede sıvının üzerindeki buharın yaptığı basınca denge buhar basıncı denir. Denge buhar basıncı sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlıdır; aynı sıcaklıkta sıvı miktarı, kabın biçimi ve yüzey alanı denge buhar basıncını değiştirmez. Yüzey alanı dengeye ulaşma hızını değiştirebilir, denge değerini değil.

Uçucu Olmayan Çözünen Buhar Basıncını Neden Düşürür?

Uçucu olmayan çözünen, bulunduğu sıcaklıkta buhar fazına anlamlı ölçüde geçmeyen maddedir. Böyle bir madde çözücüye eklendiğinde sıvı yüzeyindeki taneciklerin bir bölümü çözünen taneciklerinden oluşur. Yüzeydeki çözücü mol kesri azaldığı için belirli bir anda gaz fazına geçebilecek çözücü taneciği sayısı da azalır. Yeni denge, saf çözücüye göre daha düşük çözücü buhar basıncında kurulur.

Bu açıklama “çözünen her zaman çözücüyle daha güçlü çekim kurar” varsayımına dayanmaz. İdeal çözelti yaklaşımında temel nicelik, çözücünün sıvı fazdaki mol kesridir. Çözünenin mol kesri arttıkça çözücünün mol kesri azalır; aynı sıcaklıkta çözeltinin buhar basıncı daha düşük olur.

Örnek - 4
Aynı sıcaklıkta eşit miktarda su içeren kaplardan I’e 0,10 mol glikoz, II’ye 0,10 mol NaCl, III’e 0,10 mol CaCl2 ekleniyor. Maddelerin uçucu olmadığı, iyonik bileşiklerin tamamen ayrıştığı ve çözeltilerin doymamış olduğu kabul ediliyor. Denge buhar basınçlarının sıralaması hangisidir?

A) PI>PII>PIII
B) PIII>PII>PI
C) PI=PII=PIII
D) PII>PI>PIII
E) PIII>PI>PII
Eşit çözücü miktarında etkin çözünen taneciği arttıkça çözücünün mol kesri ve buhar basıncı azalır. Glikoz 1, NaCl 2, CaCl2 3 kat tanecik etkisi oluşturur. Bu nedenle buhar basıncı en büyük I, en küçük III’tür: PI>PII>PIII.

Cevap: A

Uçucu Olmayan Çözünen İçin Raoult Yasası

İdeal bir çözeltide uçucu olmayan çözünen varsa buhar fazına yalnız çözücü katkı verir. Raoult yasası bu durumda Pçözelti=Xçözücü·P°çözücü biçimindedir. Pçözelti çözeltinin buhar basıncı, Xçözücü çözeltideki çözücünün mol kesri, P°çözücü ise aynı sıcaklıktaki saf çözücünün buhar basıncıdır.

İki bileşenli çözeltide Xçözücü+Xçözünen=1’dir. Buhar basıncı alçalması ΔP=P°çözücü−Pçözelti olduğundan bağıntı ΔP=Xçözünen·P°çözücü biçimine dönüşür. İyonik çözünen tam ayrışıyorsa mol kesri hesabında çözünenin formül molü değil, oluşturduğu toplam iyon molü hesaba katılır.

Örnek - 5
90 g su içinde 18 g glikoz çözülüyor. Aynı sıcaklıkta saf suyun buhar basıncı 102 mmHg olduğuna göre ideal çözeltinin buhar basıncı kaç mmHg’dir? (H2O: 18 g/mol, glikoz: 180 g/mol)

A) 98
B) 100
C) 101
D) 102
E) 104
Su 90/18=5 mol, glikoz 18/180=0,10 moldür. Suyun mol kesri 5/(5+0,10)=50/51 olur. Pçözelti=(50/51)·102=100 mmHg bulunur.

Cevap: B

Örnek - 6
72 g su ile 46 g uçucu olmayan gliserinden oluşan ideal çözeltide aynı sıcaklıkta saf suyun buhar basıncı 45 mmHg’dir. Çözeltinin buhar basıncı alçalması kaç mmHg’dir? (H2O: 18 g/mol, gliserin: 92 g/mol)

A) 2,5
B) 4,0
C) 4,5
D) 5,0
E) 7,5
Su 72/18=4 mol, gliserin 46/92=0,50 moldür. Gliserinin mol kesri 0,50/(4+0,50)=1/9’dur. ΔP=Xçözünen·P°=(1/9)·45=5,0 mmHg bulunur.

Cevap: D

İki Uçucu Bileşenli İdeal Çözelti

Çözeltideki iki sıvı da uçucuysa her bileşen buhar fazına katkı verir. A bileşeninin kısmi buhar basıncı PA=XA·P°A, B bileşeninin kısmi buhar basıncı PB=XB·P°B olur. Dalton yasasına göre toplam basınç Ptoplam=PA+PB biçiminde bulunur.

İki bileşenli ideal çözeltide toplam buhar basıncı, saf bileşenlerin buhar basınçları arasında yer alır. Saf hâlde buhar basıncı daha büyük olan bileşen daha uçucudur; denge buharında sıvı fazdakine göre daha büyük bir paya sahip olur. Bu nedenle sıvı çözeltinin mol kesri ile üzerindeki buharın mol kesri genellikle aynı değildir.

Örnek - 7
A ve B sıvılarından oluşan ideal çözeltide nA=1 mol, nB=3 moldür. Aynı sıcaklıkta saf A’nın buhar basıncı 200 mmHg, saf B’ninki 80 mmHg olduğuna göre çözeltinin toplam buhar basıncı kaç mmHg’dir?

A) 80
B) 100
C) 110
D) 120
E) 140
XA=1/4 ve XB=3/4’tür. PA=(1/4)·200=50 mmHg, PB=(3/4)·80=60 mmHg olur. Toplam buhar basıncı 50+60=110 mmHg’dir.

Cevap: C

İdeal ve Gerçek Çözelti Sınırı

Raoult yasasına her bileşimde tam uyan çözeltiler ideal kabul edilir. Bunun için A–A, B–B ve A–B tanecikleri arasındaki çekimlerin birbirine yakın olması gerekir. A–B çekimi belirgin biçimde farklıysa bileşenlerin gaz fazına kaçma eğilimi ideal değerden sapar; böyle çözeltilere gerçek çözelti denir.

Nicel bağıntılar, aksi belirtilmedikçe ideal çözelti kabulüne dayanır. “Uçucu olmayan çözünen” ifadesi verildiğinde çözünenin buhar basıncı katkısı sıfır alınır. İki sıvının da saf buhar basıncı verilmişse her ikisinin kısmi basıncı hesaplanır; yalnız çözücünün Raoult bağıntısını kullanmak eksik olur.

Örnek - 8
X, Y ve Z sıvılarının dış basınç çizgisine farklı sıcaklıklarda ulaştığı buhar basıncı sıcaklık grafiği

Grafikte aynı dış basınç altında X, Y ve Z sıvılarının buhar basıncı–sıcaklık eğrileri verilmiştir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) Aynı sıcaklıkta X’in buhar basıncı en küçüktür.
B) Y’nin normal kaynama noktası Z’ninkinden yüksektir.
C) Aynı sıcaklıkta tanecikler arası çekimi en güçlü olan Z’dir.
D) Dış basınç azaltılırsa üçünün de kaynama sıcaklığı artar.
E) X, aynı çözücünün uçucu olmayan çözünen içeren çözeltisi; Z ise saf hâli olabilir.
Grafikte dış basınç çizgisine daha düşük sıcaklıkta ulaşan sıvının aynı sıcaklıktaki buhar basıncı daha büyüktür ve kaynama noktası daha düşüktür. X en düşük, Z en yüksek kaynama sıcaklığına sahiptir. Aynı sıcaklıkta en düşük buhar basıncına sahip Z’nin tanecikler arası çekimi en güçlüdür. Uçucu olmayan çözünen içeren çözelti de saf çözücüye göre daha yüksek sıcaklıkta kaynayacağından Z çözeltiyi, X saf çözücüyü temsil edebilir; E seçeneğinde bu eşleştirme ters verilmiştir.

Cevap: C

Kaynama Noktası Yükselmesi

Kaynama Noktası ile Dış Basınç İlişkisi

Bir sıvının buhar basıncının üzerindeki dış basınca eşit olduğu sıcaklığa kaynama noktası denir. Deniz seviyesinde dış basınç yaklaşık 1 atm’dir ve saf su bu basınçta 100 °C’de kaynar. Dış basınç azalırsa eşitlik daha düşük sıcaklıkta, dış basınç artarsa daha yüksek sıcaklıkta kurulur. Bu nedenle kaynama noktası yalnız sıvının cinsine değil, dış basınca da bağlıdır.

Uçucu olmayan çözünen, aynı sıcaklıkta çözücünün buhar basıncını düşürür. Çözeltinin buhar basıncını değişmeyen dış basınca eşitlemek için sıcaklığın daha fazla artırılması gerekir; çözeltinin kaynamaya başlama sıcaklığı saf çözücününkinden yüksek olur. Bu artışa kaynama noktası yükselmesi denir.

Saf çözücü ve uçucu olmayan çözünen içeren çözeltinin aynı dış basınç çizgisine farklı sıcaklıklarda ulaştığı grafik
Çözeltinin eğrisi aynı sıcaklıkta daha düşük buhar basıncındadır; dış basınç çizgisine daha yüksek sıcaklıkta ulaşır.

Kaynama Noktası Yükselmesi Bağıntısı

İdeal ve seyreltik çözeltilerde kaynama noktası yükselmesi ΔTb=i·Kb·m bağıntısıyla hesaplanır. ΔTb kaynama noktasındaki artışı, i Van’t Hoff faktörünü, Kb çözücünün molal kaynama noktası yükselme sabitini, m ise çözeltinin molalitesini gösterir. Kb çözücüye özgüdür; çözünenin cinsine bağlı değildir.

Çözeltinin kaynamaya başlama sıcaklığı Tb,çözelti=T°b,çözücü+ΔTb ile bulunur. Suyun 1 atm’deki normal kaynama noktası 100 °C, Kb değeri yaklaşık 0,52 °C·kg/mol’dür. Bağıntıdaki m çözücü kilogramı başına çözünen molüdür; çözelti kütlesi paydaya yazılmaz.

Örnek - 9
0,20 molal Al2(SO4)3 sulu çözeltisinin 1 atm’de kaynamaya başlama sıcaklığı kaç °C’dir? Tuzun tamamen iyonlarına ayrıştığı kabul edilecektir. (Su için Kb=0,52 °C·kg/mol)

A) 100,104
B) 100,208
C) 100,312
D) 100,416
E) 100,520
Al2(SO4)3 tam ayrıştığında 2 Al3+ ve 3 SO42−, toplam 5 iyon oluşturur; i=5’tir. ΔTb=5·0,52·0,20=0,52 °C olur. Kaynamaya başlama sıcaklığı 100+0,52=100,520 °C’dir.

Cevap: E

Örnek - 10
Aynı basınçta hazırlanan I. 0,30 molal glikoz, II. 0,10 molal MgCl2 ve III. 0,08 molal Al2(SO4)3 sulu çözeltilerinde iyonik maddeler tamamen ayrışıyor. Kaynamaya başlama sıcaklıklarının sıralaması hangisidir?

A) I>II>III
B) III>I=II
C) II>I>III
D) I=II=III
E) III>II>I
Aynı çözücü için ΔTb, i·m ile sıralanır. I için 1·0,30=0,30; II için 3·0,10=0,30; III için 5·0,08=0,40’tır. Bu nedenle III’ün kaynama sıcaklığı en yüksek, I ile II’ninki eşittir.

Cevap: B

Çözelti Kaynarken Derişim ve Sıcaklık

Saf bir sıvı sabit dış basınç altında kaynarken sıcaklığı sabit kalır; verilen enerji hâl değişiminde kullanılır. Uçucu olmayan çözünen içeren doymamış bir çözeltide ise buhar fazına başlıca çözücü geçer. Çözücü miktarı azaldıkça molalite ve etkin tanecik derişimi artar. Buna bağlı olarak kaynama noktası da yükselir; çözeltinin kaynama sıcaklığı zamanla artabilir.

Kaynama anında çözeltinin buhar basıncı her anda dış basınca eşittir. Sıcaklık artarken buhar basıncının da sürekli dış basıncın üzerine çıktığı düşünülmemelidir. Çözelti doygunluğa ulaşır ve çözünen çökmeye başlarsa sıvı fazın derişimi sabitlenebilir; bu aşamadan sonra sabit dış basınçta kaynama sıcaklığı da sabit kalabilir.

Örnek - 11
Uçucu olmayan X katısını içeren doymamış sulu çözelti, 1 atm dış basınçta kaynamaya başladıktan sonra bir süre daha ısıtılıyor. Bu sürede çökelme olmadığına göre,

I. Sıvı fazdaki su miktarı azalır.

II. Çözeltinin molalitesi artar.

III. Çözeltinin kaynama sıcaklığı artar.

IV. Kaynama sırasında çözeltinin buhar basıncı 1 atm’den küçüktür.

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
Buhara başlıca su geçtiği için sıvı fazdaki su azalır; uçucu olmayan X çözeltide kalır. Çözücü kütlesi azalınca molalite, buna bağlı olarak kaynama noktası yükselir. Sıvı kaynarken buhar basıncı dış basınca eşit olduğundan IV yanlıştır. I, II ve III doğrudur.

Cevap: C

Ebülyoskopi ile Mol Kütlesi

Kaynama noktası yükselmesinden yararlanarak bilinmeyen bir maddenin mol kütlesini bulma yöntemine ebülyoskopi denir. İyonlaşmayan ve uçucu olmayan çözünen için i=1 alınır. Önce ölçülen ΔTb değerinden m=ΔTb/Kb ile molalite, sonra çözücü kilogramıyla çözünen molü bulunur. Son adımda mol kütlesi MA=mçözünen/nçözünen bağıntısıyla hesaplanır.

Bilinmeyen madde iyonlaşıyor veya birleşiyorsa i ayrıca bilinmeden yalnız ΔTb ölçümü gerçek mol kütlesini vermez. Çünkü ölçüm doğrudan molekül molünü değil, etkin tanecik sayısını gösterir. Bu nedenle ebülyoskopi sorularında “moleküler çözünüyor” veya “iyonlaşmıyor” bilgisi belirleyicidir.

Örnek - 12
9,2 g uçucu olmayan ve iyonlaşmayan X maddesi 200 g suda çözülüyor. Çözeltinin kaynamaya başlama sıcaklığı saf suyunkinden 0,26 °C yüksek olduğuna göre X’in mol kütlesi kaç g/mol’dür? (Su için Kb=0,52 °C·kg/mol)

A) 46
B) 72
C) 80
D) 92
E) 184
i=1 olduğundan molalite m=0,26/0,52=0,50 mol/kg’dır. Çözücü 0,200 kg olduğuna göre çözünen molü 0,50·0,200=0,100 moldür. Mol kütlesi 9,2/0,100=92 g/mol bulunur.

Cevap: D

Örnek - 13
500 g suda 0,10 mol NaCl ve 0,05 mol CaCl2 tamamen çözülüyor. İyonların tamamının ayrıştığı kabul edildiğine göre çözeltinin 1 atm’de kaynamaya başlama sıcaklığı kaç °C’dir? (Su için Kb=0,52 °C·kg/mol)

A) 100,182
B) 100,260
C) 100,312
D) 100,364
E) 100,520
NaCl 0,10·2=0,20 mol, CaCl2 0,05·3=0,15 mol etkin tanecik oluşturur. Toplam etkin tanecik 0,35 mol, çözücü 0,500 kg olduğundan etkin molalite 0,35/0,500=0,70 mol/kg’dır. ΔTb=0,52·0,70=0,364 °C ve kaynama sıcaklığı 100,364 °C olur.

Cevap: D

Donma Noktası Alçalması

Çözünen Tanecikleri Donmayı Nasıl Etkiler?

Bir sıvının donması, çözücü taneciklerinin düzenli bir katı örgü oluşturmasıdır. Çözünen tanecikleri sıvı fazda bu düzenin kurulmasını güçleştirir ve sıvı fazı saf çözücüye göre daha kararlı hâle getirir. Katı çözücü ile sıvı çözelti arasındaki denge ancak daha düşük sıcaklıkta kurulabildiği için çözeltinin donmaya başlama sıcaklığı düşer.

Donma sırasında saf çözücü kristalleri ayrıldıkça çözünen sıvı fazda kalır; kalan çözeltinin derişimi artar ve donma noktası daha da düşer. Bu nedenle çözeltinin donma süreci saf maddeninki gibi tek ve değişmeyen bir sıcaklıkta tamamlanmayabilir. “Donma noktası” hesapları, çözeltinin donmaya başladığı sıcaklığı ifade eder.

Donma Noktası Alçalması Bağıntısı

İdeal ve seyreltik çözeltilerde donma noktası alçalması ΔTf=i·Kf·m bağıntısıyla hesaplanır. ΔTf donma noktasındaki düşme miktarı, Kf çözücünün molal donma noktası alçalma sabiti, m molalite, i Van’t Hoff faktörüdür. Suyun Kf değeri yaklaşık 1,86 °C·kg/mol’dür.

ΔTf pozitif bir düşme büyüklüğüdür. Çözeltinin donma sıcaklığı Tf,çözelti=T°f,çözücü−ΔTf ile bulunur. Saf su 0 °C’de donduğundan sulu çözeltinin sonucu çoğu kez negatif çıkar. Formülde “eksi” işareti ikinci kez kullanılmaz; önce pozitif ΔTf hesaplanır, sonra saf çözücünün donma noktasından çıkarılır.

Örnek - 14
0,10 mol CaCl2 250 g suda tamamen çözülüyor. CaCl2‘nin tam ayrıştığı kabul edildiğine göre çözeltinin donmaya başlama sıcaklığı kaç °C’dir? (Su için Kf=1,86 °C·kg/mol)

A) −0,744
B) −1,116
C) −1,488
D) −2,232
E) −3,720
CaCl2 için i=3’tür. Molalite 0,10/0,250=0,40 mol/kg olur. ΔTf=3·1,86·0,40=2,232 °C’dir. Saf suyun donma noktasından çıkarıldığında Tf=0−2,232=−2,232 °C bulunur.

Cevap: D

Örnek - 15
Eşit miktarda çözücü içinde farklı sayıda çözünmüş tanecik bulunan X, Y ve Z kapları

Görselde eşit miktarda aynı çözücüyü içeren X, Y ve Z çözeltilerinin çözünmüş etkin tanecikleri gösterilmiştir. Bütün tanecikler aynı miktarda koligatif etki oluşturduğuna göre,

I. Buhar basıncı en büyük olan X’tir.

II. Donmaya başlama sıcaklığı en düşük olan Z’dir.

III. Kaynama noktası yükselmesi Y’de X’ten büyük, Z’den küçüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Görselde etkin tanecik sayısı X<Y<Z biçimindedir. Tanecik sayısı arttıkça buhar basıncı ve donma noktası azalır, kaynama noktası yükselmesi artar. Bu nedenle X’in buhar basıncı en büyük, Z’nin donma sıcaklığı en düşük ve Y’nin kaynama yükselmesi iki değer arasındadır. Üç yargı da doğrudur.

Cevap: E

Tuzlama, Antifriz ve Buz–Tuz Karışımı

Kışın yola tuz serpilmesi, oluşan sulu çözeltinin donma noktasını 0 °C’nin altına indirir. Bu uygulama tuzun buzu doğrudan “ısıtarak” eritmesi değildir. Yüzeydeki ince sıvı su tabakası tuzu çözer; oluşan çözeltinin denge donma noktası çevre sıcaklığından daha düşükse buzun bir bölümü erir. Çok düşük sıcaklıkta çözeltinin yeni donma noktasının altına inildiğinde tuzlama etkisiz kalabilir.

Antifriz, araç soğutma sıvısının donma noktasını düşürür ve aynı zamanda kaynama noktasını yükseltir. Dondurma veya laboratuvar uygulamalarındaki buz–tuz karışımında buzun bir kısmı erirken çevreden ısı alınır; karışım 0 °C’nin altındaki sıcaklıklara ulaşabilir. Uçak kanatlarında buzlanmayı azaltan çözeltiler de benzer bir donma noktası alçalması ilkesinden yararlanır.

Örnek - 16
Donma noktası alçalmasının uygulamalarıyla ilgili,

I. Yola tuz atılması, oluşan çözeltinin donma noktasını saf suyunkinden aşağı indirir.

II. Antifriz, aynı soğutma sıvısının hem donma noktasını düşürüp hem kaynama noktasını yükseltebilir.

III. Tuzlama her sıcaklıkta buzu bütünüyle eritir; alt sıcaklık sınırı yoktur.

IV. Buz–tuz karışımı 0 °C’nin altına inerken yalnız koligatif değişim değil, buzun erimesi için çevreden ısı alınması da etkilidir.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) I ve III
C) II ve IV
D) I, II ve IV
E) I, II, III ve IV
Tuz ve antifriz etkin tanecik sayısını artırarak donma noktasını düşürür; antifriz kaynama noktasını da yükseltir. Ancak her tuz–su sisteminin ulaşabileceği bir sıcaklık sınırı vardır, bu nedenle III yanlıştır. Buzun erimesi endotermiktir ve çevreden ısı alması karışımın soğumasına katkı verir. I, II ve IV doğrudur.

Cevap: D

Kriyoskopi ile Mol Kütlesi ve Deneysel i

Donma noktası alçalmasından mol kütlesi belirleme yöntemine kriyoskopi denir. İyonlaşmayan bir madde için önce m=ΔTf/Kf ile molalite, çözücü kütlesinden çözünen molü, son olarak çözünen kütlesi/molü oranından mol kütlesi hesaplanır. Deney, uçucu olmayan ve çözücüyle tepkime vermeyen maddelerde daha anlamlıdır.

Maddenin mol kütlesi biliniyorsa ölçülen ΔTf değerinden deneysel i de bulunabilir: i=ΔTf/(Kf·m). Tam ayrışması beklenen CaCl2 için ideal i=3 iken deneysel değerin 2,5 çıkması, çözeltideki etkin bağımsız tanecik sayısının idealden az olduğunu gösterir.

Örnek - 17
6,2 g iyonlaşmayan X maddesi 100 g suda çözülüyor ve çözeltinin donma noktası −1,86 °C ölçülüyor. X’in mol kütlesi kaç g/mol’dür? (Su için Kf=1,86 °C·kg/mol)

A) 31
B) 46
C) 62
D) 93
E) 124
Donma noktası alçalması 1,86 °C ve i=1’dir. Molalite m=1,86/1,86=1,0 mol/kg olur. 0,100 kg suda çözünen X miktarı 1,0·0,100=0,100 moldür. Mol kütlesi 6,2/0,100=62 g/mol’dür.

Cevap: C

Örnek - 18
0,10 molal CaCl2 çözeltisinin donma noktası alçalması deneysel olarak 0,465 °C ölçülüyor. Buna göre çözeltideki deneysel Van’t Hoff faktörü kaçtır? (Su için Kf=1,86 °C·kg/mol)

A) 1,0
B) 1,5
C) 2,0
D) 2,5
E) 3,0
i=ΔTf/(Kf·m)=0,465/(1,86·0,10)=0,465/0,186=2,5’tir. İdeal tam ayrışmada i=3 beklenirdi; 2,5 değeri etkin bağımsız tanecik sayısının idealden küçük olduğunu gösterir.

Cevap: D

Ozmoz ve Ozmotik Basınç

Yarı Geçirgen Zar ve Ozmozun Yönü

Yarı geçirgen zar, çözücü moleküllerini geçirdiği hâlde çözünen taneciklerini geçirmeyen seçici bir engeldir. Böyle bir zarın iki yanında farklı etkin tanecik derişimine sahip çözeltiler bulunursa çözücü, seyreltik taraftan derişik tarafa doğru net olarak geçer. Çözücünün bu kendiliğinden geçişine ozmoz denir.

“Su tuza doğru gider” ifadesi bazı örnekleri anlatsa da genel tanım çözücü üzerinden kurulmalıdır; çözücü su olmak zorunda değildir. Geçişin yönünü toplam çözünen kütlesi veya yüzde değeri değil, zarın iki yanındaki etkin tanecik derişimi belirler. İyonik çözünenlerde ayrışma nedeniyle i·M dikkate alınır.

Yarı geçirgen zarla ayrılmış seyreltik ve derişik çözeltilerde ozmoz ile ters ozmoz yönlerini karşılaştıran şema
Ozmozda çözücü seyreltik taraftan derişik tarafa geçer; derişik tarafa ozmotik basınçtan büyük dış basınç uygulanırsa akış tersine döner.
Örnek - 19
U borusunda yarı geçirgen zarla ayrılmış X ve Y çözeltilerinin başlangıç düzeneği

Görseldeki zar yalnız suyu geçirmektedir. X kolunda 0,20 M glikoz, Y kolunda 0,10 M CaCl2 çözeltisi vardır ve CaCl2 tamamen ayrışmaktadır. Başlangıçta sıvı seviyeleri eşit olduğuna göre,

I. Suyun net geçişi X’ten Y’ye olur.

II. Y kolundaki sıvı seviyesi yükselir.

III. Dengeye gelindiğinde iki çözeltinin etkin tanecik derişimleri mutlaka eşit olur.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
X’in etkin tanecik molaritesi 1·0,20=0,20 M, Y’ninki 3·0,10=0,30 M’dir. Su daha seyreltik X’ten daha derişik Y’ye geçer ve Y seviyesi yükselir. Seviye farkının oluşturduğu hidrostatik basınç ozmotik eğilimi dengeleyebilir; denge için derişimlerin mutlaka eşitlenmesi gerekmez. I ve II doğrudur.

Cevap: C

Hipotonik, Hipertonik ve İzotonik Ortam

Yarı geçirgen zarın iki yanındaki çözeltilerden etkin tanecik derişimi daha düşük olan hipotonik, daha yüksek olan hipertonik olarak adlandırılır. Aynı sıcaklıkta ozmotik basınçları eşit olan çözeltiler izotoniktir. Bu adlar tek başına bir çözeltinin değişmez özelliği değildir; iki ortamın birbirine göre karşılaştırmasını ifade eder.

Bir hücre hipotonik ortamda su alıp şişebilir, hipertonik ortamda su kaybedip büzülebilir. İki çözeltinin formül molariteleri eşit olsa bile iyonlaşma sayıları farklıysa izotonik olmayabilir. 0,10 M glikozun etkin tanecik molaritesi 0,10 M, tam ayrışan 0,10 M NaCl’ninki yaklaşık 0,20 M olduğundan NaCl çözeltisi glikoza göre hipertoniktir.

Örnek - 20
Yalnız suyu geçiren bir zarın bir yanında 0,20 M glikoz, diğer yanında 0,10 M AlCl3 çözeltisi bulunuyor. AlCl3‘ün tamamen ayrıştığı kabul edildiğine göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) İki çözelti izotoniktir.
B) Glikoz çözeltisi AlCl3 çözeltisine göre hipertoniktir.
C) Suyun net geçişi AlCl3 çözeltisinden glikoz çözeltisine olur.
D) AlCl3 çözeltisinin etkin tanecik molaritesi 0,40 M’dir.
E) Yalnız molarite verildiği için ozmoz yönü belirlenemez.
Glikoz için i·M=1·0,20=0,20 M’dir. AlCl3 dört iyon oluşturduğundan i·M=4·0,10=0,40 M olur. AlCl3 tarafı hipertoniktir ve su glikoz tarafından bu tarafa geçer. Doğru ifade D’dir.

Cevap: D

Ozmotik Basınç Bağıntısı

Ozmozla çözücü geçişini durdurmak için çözelti tarafına uygulanması gereken en küçük basınca ozmotik basınç (π) denir. Seyreltik ideal çözeltilerde π=i·M·R·T bağıntısı kullanılır. M molariteyi, R ideal gaz sabitini, T kelvin cinsinden mutlak sıcaklığı ve i Van’t Hoff faktörünü gösterir.

R=0,082 L·atm·mol−1·K−1 kullanıldığında π atm cinsinden bulunur. Sıcaklık °C verilmişse T(K)=t(°C)+273 dönüşümü yapılır. Aynı sıcaklıkta ozmotik basınç i·M ile doğru orantılıdır. Kaynama ve donma bağıntılarından farklı olarak burada molalite değil, çözelti hacmine dayanan molarite kullanılır.

Örnek - 21
27 °C’de 0,050 M CaCl2 çözeltisinin ideal ozmotik basıncı kaç atm’dir? CaCl2‘nin tamamen ayrıştığı kabul edilecektir. (R=0,082 L·atm·mol−1·K−1)

A) 1,23
B) 2,46
C) 3,69
D) 4,92
E) 7,38
CaCl2 için i=3, sıcaklık 27+273=300 K’dir. π=iMRT=3·0,050·0,082·300=3,69 atm bulunur.

Cevap: C

Örnek - 22
4,0 g iyonlaşmayan X maddesiyle 27 °C’de 500 mL çözelti hazırlanıyor. Çözeltinin ozmotik basıncı 0,984 atm olduğuna göre X’in mol kütlesi kaç g/mol’dür? (R=0,082 L·atm·mol−1·K−1)

A) 50
B) 100
C) 150
D) 200
E) 250
İyonlaşmadığı için i=1 ve T=300 K’dir. πV=nRT bağıntısından n=πV/(RT)=0,984·0,500/(0,082·300)=0,020 moldür. Mol kütlesi 4,0/0,020=200 g/mol bulunur.

Cevap: D

Ters Ozmoz

Derişik çözelti tarafına, çözeltinin ozmotik basıncından daha büyük bir dış basınç uygulanırsa çözücünün doğal ozmoz yönü tersine çevrilebilir. Çözücü derişik taraftan seyreltik veya saf çözücü tarafına geçer; bu olaya ters ozmoz denir. Uygulanan basınç yalnız ozmotik basınca eşitse net akış durur, ters yönde sürekli akış için daha büyük olmalıdır.

Deniz suyundan içme suyu elde edilmesi, bazı su arıtma sistemleri ve gıda sanayindeki deriştirme işlemleri ters ozmozdan yararlanır. Zar çözünmüş tuzların büyük bölümünü geçirmediği için bir tarafta daha az tuzlu su elde edilirken diğer tarafta tuz derişimi artar. Bu süreç damıtma değildir; kaynama ve yoğuşma yerine basınç ve seçici zar kullanılır.

Örnek - 23
Ozmotik basıncı 24 atm olan deniz suyu, yalnız suyu geçiren bir zarla saf sudan ayrılıyor. Deniz suyu tarafına uygulanan P dış basıncıyla saf su tarafına sürekli net su geçişi sağlanmak isteniyor. Buna göre hangi koşul gereklidir?

A) P=0
B) 0<P<12 atm
C) 12<P<24 atm
D) P=24 atm
E) P>24 atm
Doğal ozmoz saf sudan deniz suyuna doğrudur. P=24 atm olduğunda ozmotik eğilim dengelenir ve ideal durumda net geçiş durur. Akışı deniz suyundan saf su tarafına çevirmek, yani ters ozmoz oluşturmak için uygulanan basınç 24 atm’den büyük olmalıdır.

Cevap: E

Koligatif Özellikleri Birlikte Yorumlama

Etkin Tanecik Derişimine Göre Ortak Sıralama

Aynı çözücü ve aynı sıcaklıkta etkin tanecik derişimi büyüdükçe buhar basıncı ve donma noktası azalır; kaynama noktası ve ozmotik basınç artar. Kaynama–donma karşılaştırmasında i·m, ozmotik basınçta i·M, Raoult yasasında ise çözücünün mol kesri temel alınır. Bu nicelikler benzer görünse de farklı paydalara sahip oldukları için koşulsuz olarak birbirlerinin yerine kullanılamaz.

Çözücü eklenmesi bütün etkin derişimleri azaltır: buhar basıncı saf çözücünün değerine yaklaşır, kaynama noktası düşer, donma noktası yükselir ve ozmotik basınç azalır. Uçucu olmayan çözünen içeren çözeltiden yalnız çözücü buharlaştırılması ters yönde değişim oluşturur. Çözünen eklenmesinde ise maddenin çözünüp çözünmediği önemlidir; çözünmeden dipte kalan katı, doygun çözeltinin sıvı fazındaki tanecik derişimini artırmaz.

Dikkat
Eşit molarite, eşit molalite veya eşit çözünen molü tek başına eşit koligatif etki anlamına gelmez. İyonlaşma için i değeri, molalite hesabında çözücü kütlesi, molarite hesabında son çözelti hacmi ve buhar basıncında bütün sıvı bileşenlerin uçuculuğu birlikte değerlendirilir.
Örnek - 24
X çözeltisi 1,0 kg suda 0,40 mol NaCl çözülerek hazırlanıyor; ardından X’e 1,0 kg daha su ekleniyor ve son hacmi 2,0 L oluyor. Y çözeltisi 1,0 kg suda 0,30 mol AlCl3 çözülerek hazırlanıyor ve son hacmi 1,0 L oluyor. Aynı sıcaklıkta bulunan çözeltilerde tuzlar tamamen ayrıştığına göre son durumla ilgili,

I. AlCl3 çözeltisinin ozmotik basıncı daha büyüktür.

II. AlCl3 çözeltisinin kaynamaya başlama sıcaklığı daha yüksektir.

III. NaCl çözeltisinin donmaya başlama sıcaklığı daha düşüktür.

IV. NaCl çözeltisinin buhar basıncı daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) I ve III
C) II ve IV
D) I, II ve IV
E) I, II, III ve IV
X’te etkin tanecik miktarı 2·0,40=0,80 mol; etkin molalite 0,80/2,0=0,40 mol/kg ve etkin molarite 0,80/2,0=0,40 M’dir. Y’de etkin tanecik miktarı 4·0,30=1,20 mol; etkin molalite 1,20/1,0=1,20 mol/kg ve etkin molarite 1,20/1,0=1,20 M’dir. Y’nin ozmotik basıncı ve kaynama noktası daha büyük, donma noktası daha düşüktür. Y’de çözücünün mol kesri daha küçük olduğundan X’in buhar basıncı daha büyüktür. I, II ve IV doğru, III yanlıştır.

Cevap: D

Bağıntıların Geçerlilik Koşulları

Koligatif bağıntılar seyreltik ve ideale yakın çözeltiler için en doğru sonucu verir. Kaynama ve donma hesabında çözünenin uçucu olmaması, çözücüyle tepkime vermemesi ve çözeltideki tanecik sayısının bilinmesi gerekir. İyonlaşan veya birleşen maddelerde i=1 alınmaz; gerçek i bilinmiyorsa tam ayrışma gibi soruda verilen kabul uygulanır.

Raoult hesabında bir bileşen uçucu değilse yalnız çözücü katkısı, iki bileşen de uçucuysa iki kısmi basınç kullanılır. Ozmozda zarın hangi tanecikleri geçirdiği mutlaka dikkate alınır. Yarı geçirgen zar çözüneni de geçiriyorsa kalıcı ozmotik basınç farkı kurulmayabilir. Dış basınç değiştiğinde kaynama noktası değişir; bu değişim koligatif yükselmeyle karıştırılmamalıdır.

Dikkat
ΔTb ve ΔTf sıcaklık farkıdır; °C ile K cinsinden sayısal değeri aynıdır. π=iMRT bağıntısında ise T mutlak sıcaklıktır ve kelvin kullanılmalıdır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz