çözünürlük Dengesi

• ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ (Kç)
Çözeltilerde denge, kimyasal denge ile ilgili genel ilkelerin çözeltilere uygulanışıdır
Bu nedenle çözeltilerdeki dengeyi iyi anlayabilmenin yolu kimyasal dengeyi iyi bilmeye bağlıdır
Denge sabiti ancak, çok az çözünen iyonlu katılar için uygulanır
Kç: Az çözünen iyonlu katıların, doygun çözeltisi içerisinde bulunan iyon derişimlerinin çarpımıdır
Kç bir denge sabiti olduğundan yalnız sıcaklıkla değişir
Genel olarak 1A grubunun tuzları, NH4+ ve NO3– li bileşikler suda çok iyi çözünür Diğer tuzların suda iyi çözünüp çözünmediğini bilmemize gerek yoktur
Bir tuzun Kç sinden bahsediliyorsa suda iyi çözünmediğini düşünebiliriz
Mesela bir miktar su alınıp içerisine katı AgCl tuzundan azar azar eklediğimizde ilk başlarda çözündüğünü gözleriz Bir süre sonra kabın dibinde AgCl katısının çözünmeden kaldığını görürüz Bu noktadan sonra ne kadar AgCl eklersek ekleyelim hepsi kabın dibine çöker
Örneğin 25 °C de 1 lt su en fazla 1,610–5 mol AgCl çözebilir 1 lt su için AgCl miktarı bundan fazla olursa geri kalan kısım dibe çöker
İlk çökelme olduktan sonra kimyasal olay durmuş değildir Çözünme olayı yine sürer fakat çözünmüş olarak bulunan AgCl miktarı değişmez Çünkü aynı süre içerisinde çökme olayı da devam etmektedir Bu olay bize denge olayını hatırlatır

ÇÖZÜNÜRLÜK
Belirli bir sıcaklıkta 1 lt çözelti içerisinde çözünmüş olan maksimum mol miktarına çözünürlük denir
Bazı iyonlu bileşiklerin çözünürlük dengeleri ve Kç ifadeleri
Katıların denge sabiti ifadesinde yer almadığını hatırlayalım Buna göre;


ÇÖZÜNÜRLÜK İLE Kç ARASINDAKİ İLİŞKİ
Çözünürlüğü verilen bir tuzun Kç sini, Kç si verilen bir tuzun çözünürlüğünü hesaplamak çok kolay bir işlemdir
Çözünürlük dengesi sorularında, verilen veya sorulan tuzun iyon denklemini yazmak çok önemlidir

Örnek - 1
25 °C de ZnF2 ün çözünürlüğü 210–4 mol/lt dir
Buna göre ZnF2 nin Kç si kaçtır?

Çözüm
Önce iyon denklemini yazalım



ÇÖZÜNÜRLÜĞE ORTAK İYON ETKİSİ
Suda az çözünen tuzlar, kendisiyle ortak iyon içeren çözeltilerde saf suya nazaran daha az çözünürler Çözeltideki ortak iyonun derişimi ne kadar fazla ise çözünürlük o kadar küçük olur
Ortak iyon çözünürlüğü azaltır
Örnek olarak doymuş AgCl çözeltisine katı NaCl ilâve ederek, AgCl’nin çözünürlüğünün değişimini inceleyelim:
AgCl çözeltisine NaCl ilâve edildiğinde Cl– iyonları derişimi artar, denge AgCl nin çökme lehine kayar, bir miktar AgCl çöker Bu durumda AgCl nin çözünürlüğü saf sudakine nazaran azalmış olur

Örnek - 2
10–2 M NaF çözeltisinde CaF2 nin çözünürlüğü nedir?
(CaF2 nin çözünürlük çarpımı 410–12 dir)

Çözüm
NaF ® Na+ + F–
10–2 M 10–2 M 10–2 M
CaF2 nin çözünürlüğü x olsun


¯
Buradaki 2x ihmal edilebilir
x = 410–8 M olarak bulunur

DOYMUŞLUK, DOYMAMIŞLIK ve ÇÖKELME
İki çözelti karıştırıldığında çözeltilerdeki iyonların birleşmesinden oluşan tuzlarla ilgili üç durum söz konusudur

• Bir çözeltideki, iyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımından küçük ise çözelti doymamıştır Doygunluğa ulaşıncaya kadar daha tuz çözebilir
• İyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımına eşit ise çözelti doymuştur Artık aynı tuzdan daha çözemez
• İyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımından büyükse çözelti doymuştur, dengesizdir, karıştırma veya çalkalama sonucunda çökelme gözlenir

Bunları, çözünürlük çarpımı (Kç) ve iyonların konsantrasyonları çarpımı (Ki) olmak üzere aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz
Kç > Ki Doymamıştır, çökme olmaz
Kç = Ki Doymuştur, çökme olmaz
Kç < Ki Doymuştur, çökme olur

Örnek - 3
Eşit hacimlerde 0,04 M NaBr ile 0,02 M Pb(NO3)2 çözeltileri karıştırılıyor
PbBr2 ün Kç = 410–15 ise;
a Çökme olur mu?
b Çökme denklemini yazınız?
c Son çözeltideki iyonların derişimlerini bulunuz?

Çözüm

1. Kç si verilen tuzun iyon denklemini yazalım

Pb+2 iyonları Pb(NO3)2 den, Br– iyonları ise NaBr den gelmektedir Hacim iki katına çıktığından yeni derişimleri

İyonlar çarpımını bulalım

Ki > Kç olduğundan çökme olacaktır

1. Çöken tuz PbBr2 dir Çökme denklemi;

Pb(NO3)2 + 2NaBr ® PbBr2(k) + 2NaNO3

1. Çökme denklemine göre reaksiyona giren maddeler ve ortamda bulunması gereken iyonları hesaplayalım

Hacimleri 1'er litre alırsak;
Pb(NO3)2 + 2NaBr ® PbBr2(k) + 2NaNO3
0,02 mol 0,04 mol
Denkleme göre artansız bir reaksiyon olur Ancak çökme tamamlandıktan sonra ortamdaki iyonların çarpımı Kç ye eşit olmalıdır

Diğer iyonlar ise çökmeye uğramamıştır fakat hacim değişiminden son derişimleri,

SEÇİMLİ ÇÖKTÜRME
Bir çözelti içerisinde birden fazla tuz çözünmüş olarak bulunursa bu tuzları ayırmak için çözünürlüğü daha küçük olan tuzlar çöktürülerek bu işlem yapılabilir Bu olaya seçimli çöktürme adı verilir
Örnek olarak 0,01 M Cl– iyonu ve 0,1 M Br– iyonu içeren bir çözelti düşünelim Bu iki iyonu birbirinden ayırmak için ortama azar azar Ag+ iyonu ekleyelim Hangi tuzun Kç sine ilk önce ulaşılırsa (AgCl veya AgBr) o tuzun ilk önce çökeceğini söyleyebiliriz

Çözünürlük Dengesi

1Çözünme Olayı
2Çözelti Çeşitleri
3Çözünme Olayında Düzensizlik Faktörü
4Sulu Çözeltiler
5Çözünürlük
6Çözünürlük Dengesi ve Çözünürlük Çarpımı
7Çözünürlük Dengesine Etki Eden Faktörler
8Çökelti Oluşumu ve Çözünürlük Tipleri

1 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

Moleküler Maddelerde Çözünme

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





2Çözelti 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

3Çözünme 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>Sıvı>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

Aşağıdaki bazı çözünme tepkimelerini incelediğimizde düzensizliğin yönü belirlenebilir

I NaCl(k) Na+(suda) + Cl-(suda) H=+21 Kcal
II C2H5OH(s) C2H5OH(suda) H= -5,6 Kcal
III O2(g) O2(suda) H= -53 Kcal

I tepkimede katı NaCl’ün suda çözünmesi endotermiktir Dolayısıyla NaCl çözünürken sistemin enerjisi artar Bu ise minimum enerji eğiliminin çözünmenin aleyhine, çökmenin lehine olduğunu gösterir O halde ısı verilmediği sürece çözünme olmayacaktır Ancak, katının çözünmesi düzensizliği artıracağından burada maksimum düzensizlik eğilimi çözünmenin lehine davranır

II tepkimede alkolün suda çözünmesi için bir denge söz konusu değildir Çünkü, alkol-su karışımı her oranda karışarak birbiri içinde çözünür Bu çözünme olayı ekzotermik olduğundan minimum enerji eğilimi çözünme lehine davranır Aynı şekilde maksimum düzensizlik eğilimi de çözünme lehine davranır Benzer yapıda fakat suda tam çözünmeyen dietileter gibi bir madde suda endotermik olarak çözünür Bu durumda minimum enerji çözünmenin aleyhine davranır

III tepkimde oksijen gazı suda çözününce enerji açığa çıkmaktadır Bu durumda minimum enerji eğilimi çözünme lehine davranırken düzensizliği azalacağından maksimum düzensizlik çözünmenin aleyhine davranır

Özetle




4Sulu 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
__________________

5Çözünürlük

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



6Çözünürlük 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

mi orjinal ölçülerinde görmek için buraya tıklayın Orjinal resim ebadı 595x287



Yukarıda bazı çözünme tepkimeleri için denge bağıntıları verilmiştir
Bazı az çözünen iyonik katıların 25˚C’daki çözünürlük çarpımları ise aşağıdaki tabloda gösterilmiştir



7Çözünürlük 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 :

Daha önceden “Benzer benzeri çözer” ifadesini kullanmıştır 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



Bu üç çözelti için de maksimum düzensizlik eğilimi çözünmenin lehine, minimum enerji eğilimi çözünmenin aleyhinedir Entalpi değerlerine bakarak iyot molekülü ile en iyi etkileşimde bulunan çözücünün etil alkol olduğu söylenebilir İyot, suda çözünmez, karbontetraklorürde ise az çözünür Bu durumda aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi iki farklı fazdan oluşan bir karışım oluşur

İyodun çeşitli çözücülerdeki çözünürlükleri şu şeklide verilebilir
Suda : S= 0,001 M
CCl4’de : S= 0,120 M
Alkolde : S= 0,840 M



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

dYabancı 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



Eğer Ca(OH)2’in doymuş çözeltisine HCl çözeltisi eklenirse Ca(OH)2’in çözünürlüğü artar Çünkü, HCl gazı aşağıdaki gibi iyonlaşır



Ortamdaki H+ iyonları Ca(OH)2’den gelen OH- iyonlarıyla birleşerek H2O(s) moleküllerini oluşturur ve dolayısıyla Ca(OH)2’in çözünmesine destek oluşturur

8Çökelti 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;



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




__________________

Paylaşım İçin Teşekkürler