Çözeltiler Çözünürlük

Çözünme Olayı

Bir maddenin başka bir madde içerisinde gözle görülemeyecek kadar küçük taneciklere homojen olarak ayrışması olayına çözünme denilir O halde bir madde bir başka madde içerisinde en küçük yapı taşına ayrışmaktadır Bu yapıtaşları maddelerin cinsine göre, molekülleri, iyonları ve çok nadiren de atomları şeklinde olabilir
Bu bölümde, maddelerin çözünmesi olayının yönü, çözünme miktarları ve çözünmedeki enerji davranışları incelenmektedir
Bir katı madde, bir sıvı madde içerisine atılmış ve bir miktarı çözünmüş olsun Bu katı maddenin sıvı içerisinde çözünmesi halinde, katıya çözünen ve sıvı maddeye de çözücü denir Her çözünme olayında az veya çok enerji alış verişi olur Çözünme Entalpisi adı verilen bu enerji endotermik veya ekzotermik olabilir Bu enerji değeri bize maddenin nasıl ve ne kadar çözünebileceği hakkında bir yargı verebilir
MolekülerMaddelerdeÇözünme

Moleküler yapılı bileşiklerde moleküller arası etkileşim kuvvetleri vardır Çözünme olayı sırasında bu kuvvetlerin kırılması gerekir Gerek çözücü ve gerekse çözünen maddedeki bu kuvvetlerin kırılabilmesi için bir miktar enerji harcanır Kırılan bağlar sonucu serbest kalan tanecikler, farklı türler ile yeniden etkileşime girerler Bu durumda yeni bir bağ oluşumu gerçekleşebilir Yeni bağ oluşumu da ekzotermik bir olaydır

81 Çözünme Olayı

Bir maddenin başka bir madde içerisinde gözle görülemeyecek kadar küçük taneciklere homojen olarak ayrışması olayına çözünme denilir O halde bir madde bir başka madde içerisinde en küçük yapı taşına ayrışmaktadır Bu yapıtaşları maddelerin cinsine göre, molekülleri, iyonları ve çok nadiren de atomları şeklinde olabilir
Bu bölümde, maddelerin çözünmesi olayının yönü, çözünme miktarları ve çözünmedeki enerji davranışları incelenmektedir
Bir katı madde, bir sıvı madde içerisine atılmış ve bir miktarı çözünmüş olsun Bu katı maddenin sıvı içerisinde çözünmesi halinde, katıya çözünen ve sıvı maddeye de çözücü denir Her çözünme olayında az veya çok enerji alış verişi olur Çözünme Entalpisi adı verilen bu enerji endotermik veya ekzotermik olabilir Bu enerji değeri bize maddenin nasıl ve ne kadar çözünebileceği hakkında bir yargı verebilir
MolekülerMaddelerdeÇözünme

Moleküler yapılı bileşiklerde moleküller arası etkileşim kuvvetleri vardır Çözünme olayı sırasında bu kuvvetlerin kırılması gerekir Gerek çözücü ve gerekse çözünen maddedeki bu kuvvetlerin kırılabilmesi için bir miktar enerji harcanır Kırılan bağlar sonucu serbest kalan tanecikler, farklı türler ile yeniden etkileşime girerler Bu durumda yeni bir bağ oluşumu gerçekleşebilir Yeni bağ oluşumu da ekzotermik bir olaydır

Hem çözücü taneciklerinin hem de çözünen taneciklerinin serbest kalması için H1 ve H2 kadar enerji harcanıyor Çözünme ile taneciklerin birbirini sarması sırasında H3 kadar bir enerji de dışarı veriliyor Eğer dışarı verilen enerji harcanan enerjiden büyükse, çözünme ekzotermik, değilse endotermiktir Bu bilgiler bize maddelerin birbiri içerisinde çözünüp çözünmeyeceği de anlatır Örneğin; Olay ekzotermik ise bir çözelti oluşur Aynı şekilde çözücünün ihtiyaç duyduğu enerji küçükse yine çözelti oluşur Tersi durumda maddeler birbiri içerisinde karışamaz ve çözelti oluşturamaz Bunun yanında, bu türden maddelerin kimyasal bağ yapılarının benzerliği de çok önemlidir Yani, molekül yapıları birbirine benzeyen maddeler birbirini çözerken, molekül yapıları farklı maddeler birbiri içerisinde dağılamaz ve çözelti oluşturamaz Örneğin, su ile yağlı boya birbiri içerisinde karışmazken, tinerin içerisinde boya kolayca dağılabilmektedir

İyonik Maddelerin Çözünmesi
İyonik yapılı maddelerin çoğunluğu katıdır Bu maddelerin bir başka çözücü içerisinde çözünebilmesi için bu katı örgünün kırılması gerekir Örneğin yemek tuzunun su içerisindeki çözünmesi olayını göz önüne aldığımızda; NaCl taneciklerinin oluşturduğu kristal yapının Na+ ve Cl- iyonlarının ayrılması ile kırılması söz konusudur Bu şekilde bir miktar enerji alarak kırılan bu örgü ile serbest kalan iyonlar içinde bulunduğu su molekülleri ile elektrostatik etkileşim ile hidratlaşarak sarılırlar ve yeniden zıt yüklü taneciklerin birleşmesine izin vermez Bu durumda yemek tuzu su içerisinde çözünmüş olur Hidratlaşma sırasında bir miktar enerji dışarı verilir

Çözelti Çeşitleri

Çözücü ve çözünenin fiziksel yapısına bağlı olarak çeşitli çözeltiler vardır Bunlar;

A) Sıvı – Katı Çözeltileri
B) Sıvı – Sıvı Çözeltileri
C) Sıvı – Gaz Çözeltileri
D) Katı – Katı Çözeltileri
E) Katı – Gaz Çözeltileri
F) Gaz – Gaz Çözeltileri

Olarak sıralanabilir Konumuz gereği çözücünün sıvı olduğu çözeltiler ele alınacaktır

A Sıvı – Katı Çözeltileri

Bu tür çözeltilerde çözücü su, çözünen iyon yapılı katıdır Su iyi bir çözücüdür Fakat, su dışında da çözücüler vardır Su, her maddeyi çözemez Bunun nedeni kimyasal bağ yapılarının benzerliğinin olup olmaması etkiler Çözünen katıların da sudaki çözünürlüğü sınırlıdır Dolayısıyla, bu tür çözeltiler doymuş, doymamış ve aşırı doymuş çözeltiler olarak sınıflandırılabilir

B Sıvı – Sıvı Çözeltileri

Bazı sıvıların da su içerisindeki çözünürlüğü sınırlıdır Dolayısıyla da bu tür çözeltilerde doymuşluktan söz edilir Ancak, etil alkolün su içerisinde çözünürlüğü sınırsızdır Bazı sıvılar ise su içerisinde ya hiç çözünmezler ya da çok az çözünürler Örneğin, CCl4 su içerisinde çözünmez ve iki farklı faz oluşturur

C Sıvı – Gaz Çözeltileri

Gazların sıvı içerisindeki çözünürlükleri çok farklıdır Azot, oksijen, hidrojen suda çok az çözünürken, klor, dihidrojensülfür az çözünür, amonyak ve hidrojen klorür ise çok çözünür Bütün gazların sudaki çözünürlüğü ekzotermiktir Dolayısıyla, gazların çözünürlüğü basınç, sıcaklık gibi faktörlere bağlıdır

Çözünme Olayında Düzensizlik Faktörü

Düzensizlik kavramı, taneciklerin serbest hareket edebilmesi ve enerjisinin yüksekliğini ifade eder Ancak, düzensizlik atom, iyon veya molekül düzeyinde, yani mikroskopik düzeydedir Düzensizlik Katı à Sıvı à Çözelti à Gaz sırasıyla görülür Buna göre en düzensiz yapı gaz yapısıdır Bir katının hiçbir etken yokken enerjisi düşük olduğundan düzensizliği en düşük seviyededir Bu nedenle, katının çözünmesi düzensizliği artıracaktır Ancak, düzensizliğin artışı için enerjinin de etkisi vardır

Sulu Çözeltiler

Çözücüsü su olan sıvı çözeltilere sulu çözeltiler denir Suyun moleküler yapısı onun bir çok madde için çok iyi bir çözücü olmasına neden olur Özellikle polar yapılı olan su iyon yapılı maddelerin çözünmesine etki eder Çözündüğünde iyon verebilen maddeler suda kolay çözünür Bu tür maddelerin çözünmesinde etki eden en önemli faktör, elektrostatik çekim kuvvetidir Bununla birlikte bazı molekül yapılı maddeler de suda çözünür Bunun asıl nedeni suyun yapısında bulunan Hidrojen bağının varlığıdır

Suda çözünmeyen veya az çözünen maddeler ya apolar yapılıdır ya da önemli ölçüde iyonlarına ayrılmıyordur Maddelerin suda çözünme şekilleri oluşan çözeltinin elektriksel iletkenliğini belirler Buna göre; çözeltiler elektrolit veya elektrolit olmayan çözeltiler olarak söylenir

Elektrolit Çözelti; elektrik akımının iletilmesine yardım eden iyonları bulunduran çözeltilerdir Bu tür çözeltiler elektrik devresinde bağlandığında akımın iletilmesine yardım eder

Elektrolit olmayan çözeltiler ise, elektrik akımının iletilmesine yardımcı olacak iyonları içermezler ve akımın iletilmesine yardım edemezler

Çözünürlük
Çözünürlük; bir maddenin başka bir maddenin belirli bir miktarı içerisinde belirli koşullarda çözünebilen miktarı olarak tanımlanabilir
Örneğin; 100 gram suda çözünmüş maddenin gram cinsinden miktarıdır Ancak, bu bölümde molar çözünürlükten söz edilecektir Ayrıca, çözünme miktarları için çözünür, az çözünür veya çözünmez diyebilmek için belirli miktarlar esas alınır
Örneğin, oda sıcaklığındaki çözünürlüğü 0,1 Molardan büyük ise çözünür, çözünürlüğü 0,1 Molardan küçük ise az çözünür ve çok daha küçük ise çözünmez denir

Ancak bir genelleme yapılacak olursa;

Anyonu Nitrat ve Asetat olan bütün maddeler suda çözünür
Katyonu Amonyum olan bütün maddeler suda çözünür
1A grubundaki metallerin bütün bileşikleri suda çözünür
Hidrojen katyonu olan bütün asitler suda iyi çözünür

Bunun dışında anyon veya katyonuna göre bazı maddelerin çözünürlükleri aşağıdaki tabloda verilmiştir
Anyon Verilen anyonla az çözünen tuz oluşturan katyonlar
CO23- NH4+ dışındakilerin hepsi
PO43- NH4+ dışındakilerin hepsi
S2- NH4+ ile 1A ve 2A grubu katyonlarının dışındakilerin hepsi
OH- NH4+, Sr2+, Ba2+ ile 1A grubu katyonların dışındakilerin hepsi
SO42- Ba2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+, Hg+, Ag+
Cl-, Br-, I- Ag+, Cu+, Hg+, Hg2+, Pb2+

Çözünürlük Dengesi ve Çözünürlük Çarpımı :
Az çözünen iyon yapılı bir katı madde su ile karıştırılınca çözünmeye başlar Karışımın ilk anlarında çözünme hızlıdır Ancak, iyonlar ortaya çıktıkça çözünme hızı zamanla azalır Bu sırada oluşan iyonlar yeniden birleşerek çökmeye başlar Bir süre sonra çözünme hızı ile çökme hızı birbirine eşitlenir Bu durumda sistem dengeye ulaşmış olur Denge halindeki böyle bir sistem doymuştur Olay bir çözünme olduğundan bu dengeye çözünürlük dengesi adı verilir
AxBy(katı) D xA+y(suda) + yB-x(suda)
Genel çözünme tepkimesinde; AxBy(katı) tuzu için denge bağıntısını yazalım:
yazılabilir
Ancak, AxBy(katı) maddesinin bu ortamdaki derişiminin değişmediği kabul edildiğinden değeri sabittir Bu nedenle, Kd ifadesi ile birleştirilebilir Bu durumda Kçç= Kd * [AxBy(katı)] yazılabilir O halde;
olur
Kçç’ye çözünürlük denge sabiti ya da çözünürlük çarpımı denir Kçç de Kp veya Kd gibi sıcaklığa bağlı olarak değişir Bağıntıda mol katsayılarının üs olarak alındığına dikkat ediniz
Aşağıda bazı çözünme tepkimeleri için denge bağıntıları verilmiştir
AgBr(k) D Ag+(suda) + Br-(suda) Kçç = [Ag+][Br-]
FeCO3(k) D Fe+2(suda) + CO3-2(suda) Kçç = [Fe+2][CO3-2]
CaF2(k) D Ca+2(suda) + 2F-(suda) Kçç = [Ca+2][F-]2
Ba3(PO4)2(k) D 3Ba+2(suda) + 2PO4-3(suda) Kçç = [Ba+2]3[PO4-3]2

Bazı az çözünen iyonik katıların 25˚C’daki çözünürlük çarpımları aşağıdaki tabloda gösterilmiştir
Bileşik Kçç Bileşik Kçç
BaCO3 4,9x10-9 CuS 6,5x10-37
PbCO3 7,9x10-14 Ag2S 8,0x10-51
SrSO4 8,0x10-7 CaF2 4,0x10-11
Ag2SO4 1,4x10-5 SrF2 8,0x10-10
Ag3PO4 1,8x10-18 AgCl 1,8x10-10
Ca3(PO4)2 1,5x10-32 PbCl2 1,8x10-5
Al(OH)3 4,8x10-33 AgBr 5,0x10-13
Fe(OH)2 4,0x10-15 PbBr2 5,0x10-6

Çözünürlük Dengesine Etki Eden Faktörler
Çözünürlük dengesi fiziksel bir denge olmasına rağmen kimyasal denge de olduğu gibi bazı faktörlerin etkisi ile değişebilir Bu faktörler;
Çözücünün türü
Sıcaklık
Ortak iyon varlığı
Yabancı maddelerin varlığı
şeklinde sıralanabilir
a Çözücünün Türünün Etkisi :
Çözücünün bir maddeyi çözüp çözemeyeceği deneyle bulunabilir Böylece çözünme üzerinde etkisinin olup olmadığı anlaşılır Örneğin iyot katısının çeşitli çözücülerdeki çözünürlüğü için yapılan deneyde aşağıdaki denkleme göre çözünme değerleri bulunmuştur

b Sıcaklığın Etkisi :
İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüğü sıcaklığa bağlı olarak değişir Çözünme olaylarında bir denge kurulduğuna göre, denge de sıcaklıkla değişir Le Chatelier ilkesine göre denge halindeki bir çözünürlük sistemi ekzotermik olduğunda sıcaklığının yükseltilmesi halinde sistem bu etki azaltabilmek için tekrar çökme yönünde hareket edecektir Aynı şekilde endotermik bir dengede ise, sıcaklığın yükseltilmesi çözünme yönünde etkili olacaktır Örneğin, CaCl2 katısının sudaki çözünürlüğü ekzotermiktir Bu katının konulduğu bir çözeltinin sıcaklığı artırılacak olursa, iyon haline geçen Ca2+ iyonları ile Cl- iyonları tekrar bu dışarıdan verilen enerjiyi absorbe ederek yeni bağların oluşumunda kullanarak CaCl2 katısını oluşturur ve böylece çökme gözlenir Başka bir madde olarak NH4Cl katısının sudaki çözünürlüğü endotermiktir Bu katı ile oluşturulan karışımın sıcaklığı artırılırsa, çözünme artar ve verilen ısı ile katı iyonlarına daha çok ayrışır Böylece, sıcaklık çözünme yönünde harekete neden olur Yandaki şekilde bazı maddelerin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişlimi görülmektedir
c Ortak İyon Etkisi :
Saf suda az çözünen bir katı madde, yapısındaki iyonlardan birini içeren bir başka çözelti içerisinde, saf sudaki çözünme miktarından daha az çözünür Bu duruma “Ortak iyon etkisi” denir
Örneğin, AgBr tuzu suda az çözünür Çözündüğü miktara bağlı olarak da çözeltiye Ag+ ve Br- iyonlarını verir Eğer, KBr tuzu içeren bir çözelti içerisine AgBr tuzu atılır ve çözünmesi istenirse, AgBr, saf sudakinden daha az Ag+ ve Br- iyonlarını verecektir Bunun başlıca nedeni, çözücü moleküllerinin daha önceden doyurulmuş olması ve az çözünen tuzun kristal örgüsünü kırmaya yetecek serbest moleküllerin az olması ve enerjinin de azalmasıdır Bu durumu bir örnek problem ile açıklamak daha kolaydır

- Yabancı Maddelerin Etkisi :
Az çözünen bir bileşiğin çözeltisinde, çözünen maddelerin iyonlarından başka iyonların varlığı da tuzun çözünürlük dengesine etki eder Örneğin, Ca(OH)2 az çözünen bir maddedir
Ca(OH)2(k) Ca2+(suda) + 2OH-(suda)
Eğer Ca(OH)2’in doymuş çözeltisine HCl çözeltisi eklenirse Ca(OH)2’in çözünürlüğü artar Çünkü, HCl gazı aşağıdaki gibi iyonlaşır
HCl(g) H+(suda) + Cl-(suda)
Ortamdaki H+ iyonları Ca(OH)2’den gelen OH- iyonlarıyla birleşerek H2O(s) moleküllerini oluşturur ve dolayısıyla Ca(OH)2’in çözünmesine destek oluşturur
Çökelti Oluşumu ve Çözünürlük Tipleri
Az çözünen tuzların hepsinde bir denge vardır Dengede çözünme ve çökme hızı eşittir Çözünürlük dengesinin kurulması, katının suda çözünmesiyle olabileceği gibi, çökelek oluşturacak iyonları içeren iki ayrı çözeltinin karıştırılmasıyla da olabilir Örneğin 0,2 M KCl ve 0,2 M AgNO3 çözeltilerini karıştırdığımızda;
KCl(suda) + AgNO3(suda) AgCl(k) + KNO3(suda) Tepkimesi olur Bu tepkimede meydana gelen olayın net denklemini yazalım:
Ag+(suda) + Cl-(suda) AgCl(k) Dikkat edilirse, denklemde dengeyi göstermek üzere çift yönlü ok kullandık Çünkü, oluşan AgCl çökeleğinin bir bölümü yeniden iyonlarına ayrışır
Az çözünen bir tuzun iyonlarını ayrı ayrı içeren iki çözeltinin karıştırılması her zaman çökelek oluşturmayabilir Çökeleğin oluşabilmesi iyonların molar derişimleri yeterince büyük olmalıdır İyon derişimleri yeterince büyük değilse az çözünen tuzun doymamış çözeltisi oluşacağından çökme olmaz Bir çözeltideki iyonların molar derişimlerinin mol katsayılarına bağlı olarak çarpımına iyonlar çarpımı denir ve Qçç ile gösterilir
AxBy(katı) xA+y(suda) + yB-x(suda)
dengesinin her hangi bir anındaki iyonlar çarpımı;
olur
Qçç ve Kçç arasındaki ilişkiye göre sistemin denge hali için yargıda bulunulabilir Yani;
Qçç = Kçç ise; çözünürlük dengesi kurulmuş demektir Çözelti doygunluğa ulaşmıştır
Qçç < Kçç ise; çözelti doymamıştır ve çökme olmaz Qçç = Kçç oluncaya kadar çözünme devam eder
Qçç > Kçç ise; iyonların derişimleri çarpımı büyük olduğundan aşırı doygunluk vardır
Qçç = Kçç oluncaya kadar çökme devam edecektir