Çözeltilerin Tamamı Ders Notu

Çözelti, iki veya daha fazla maddenin birbiri içinde homojen olarak dağılmasıyla oluşan karışımdır. Homojen karışımlar, her yerinde aynı özelliği gösteren, tek fazlı karışımlardır. Çözeltilerde genellikle miktarı çok olan maddeye çözücü, miktarı az olan ve çözücü içinde dağılan maddeye ise çözünen denir.

Çözelti Türleri 🧪

Çözeltiler, çözücü ve çözünenin fiziksel hâllerine göre farklı türlerde olabilir:

• Katı-Katı: Alaşımlar (örneğin, bronz, pirinç).
• Katı-Sıvı: Tuzlu su, şekerli su.
• Sıvı-Sıvı: Kolonya (alkol-su), sirke (asetik asit-su).
• Gaz-Gaz: Hava (azot, oksijen ve diğer gazlar karışımı).
• Gaz-Sıvı: Gazlı içecekler (karbondioksit-su).
• Gaz-Katı: Platin yüzeyinde hidrojen gazı.

Çözünme Olayı ve Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler 🌡️

Çözünme, çözücü ve çözünen tanecikleri arasında etkileşim kurulmasıyla gerçekleşir. Genel kural "Benzer benzeri çözer" şeklindedir.

• Polar maddeler polar çözücülerde (örneğin, su),
• Apolar maddeler apolar çözücülerde (örneğin, benzen, karbon tetraklorür) iyi çözünür.

Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler:

1. Çözücü ve Çözünenin Cinsi: Yukarıda belirtildiği gibi, benzer kimyasal yapıya sahip maddeler birbirinde daha iyi çözünür.
2. Sıcaklık:
   • Katı ve sıvıların sudaki çözünürlüğü genellikle sıcaklık arttıkça artar (endotermik çözünme). Ancak bazı istisnalar vardır.
   • Gazların sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır (ekzotermik çözünme).
3. Basınç:
   • Katı ve sıvıların çözünürlüğüne basıncın etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.
   • Gazların çözünürlüğü basınç arttıkça artar (Henry Yasası).
4. Temas Yüzeyi: Çözünürlüğü etkilemez ancak çözünme hızını artırır. Örneğin, toz şeker küp şekere göre daha hızlı çözünür.

Doygun Çözeltiler, Doymamış Çözeltiler ve Aşırı Doygun Çözeltiler

• Doymamış Çözelti: Belirli bir sıcaklık ve basınçta, çözebileceği maksimum miktardan daha az çözünen içeren çözeltidir. Daha fazla çözünen çözebilir.
• Doygun Çözelti: Belirli bir sıcaklık ve basınçta, çözebileceği maksimum miktarda çözünen içeren çözeltidir. Daha fazla çözünen çözemez, eklenen çözünen dibe çöker.
• Aşırı Doygun Çözelti: Belirli bir sıcaklık ve basınçta, doygun hâlde çözebileceğinden daha fazla çözünen içeren kararsız çözeltidir. Genellikle sıcaklık artırılarak çözünen miktarı artırılır ve ardından yavaşça soğutulur. En küçük bir etkiyle (sarsma, kristal atma) fazla çözünen çökelir.

Çözünürlük Eğrileri 📈

Çözünürlük eğrileri, bir maddenin belirli bir çözücüdeki çözünürlüğünün sıcaklıkla nasıl değiştiğini gösteren grafiklerdir. Bu eğriler yardımıyla farklı sıcaklıklardaki doygun çözeltilerin bileşimi veya bir çözeltinin doygunluk durumu yorumlanabilir.

Önemli Not: Çözünürlük eğrileri, genellikle 100 g çözücüde çözünen maddenin kütlesini sıcaklığa bağlı olarak gösterir.

Derişim Birimleri 📊

Derişim, bir çözeltideki çözünen madde miktarını belirtmek için kullanılan bir ölçüdür. 10. sınıfta yaygın olarak kullanılan derişim birimleri şunlardır:

1. Kütlece Yüzde Derişim (% Kütlece)

100 gram çözeltide çözünmüş madde miktarını gram cinsinden ifade eder.

\[ \text{Kütlece Yüzde Derişim} = \frac{\text{Çözünen kütlesi (g)}}{\text{Çözelti kütlesi (g)}} \times 100 \]

Örnek: 20 g tuz ve 80 g su ile hazırlanan çözeltinin kütlece yüzde derişimi nedir?

Çözünen kütlesi = 20 g

Çözücü kütlesi = 80 g

Çözelti kütlesi = Çözünen kütlesi + Çözücü kütlesi = \(20 + 80 = 100\) g

\[ \text{Kütlece Yüzde Derişim} = \frac{20}{100} \times 100 = 20% \]

Yani, çözelti kütlece %20'liktir.

2. Hacimce Yüzde Derişim (% Hacimce)

100 mL çözeltide çözünmüş madde miktarını mL cinsinden ifade eder. Genellikle sıvı-sıvı çözeltilerde kullanılır (örneğin, alkol-su karışımları).

\[ \text{Hacimce Yüzde Derişim} = \frac{\text{Çözünen hacmi (mL)}}{\text{Çözelti hacmi (mL)}} \times 100 \]

Örnek: 25 mL etil alkol ve 75 mL su ile hazırlanan çözeltinin hacimce yüzde derişimi nedir?

Çözünen hacmi = 25 mL

Çözücü hacmi = 75 mL

Çözelti hacmi = Çözünen hacmi + Çözücü hacmi = \(25 + 75 = 100\) mL

\[ \text{Hacimce Yüzde Derişim} = \frac{25}{100} \times 100 = 25% \]

Yani, çözelti hacimce %25'liktir.

3. Milyonda Bir Kısım (ppm)

Çok seyreltik çözeltilerin derişimini ifade etmek için kullanılır. Genellikle su ve hava kirliliği gibi konularda karşımıza çıkar. 1 kg çözeltide çözünen miligram cinsinden kütlesi veya 1 L çözeltide çözünen miligram cinsinden kütlesi olarak düşünülebilir (özellikle su için).

\[ \text{ppm} = \frac{\text{Çözünen kütlesi}}{\text{Çözelti kütlesi}} \times 10^6 \]

Veya, özellikle su çözeltileri için:

\[ \text{ppm} = \frac{\text{Çözünen kütlesi (mg)}}{\text{Çözelti kütlesi (kg)}} \]

Veya:

\[ \text{ppm} = \frac{\text{Çözünen kütlesi (mg)}}{\text{Çözelti hacmi (L)}} \]

Örnek: 5 kg su örneğinde 10 mg kurşun iyonu bulunmuştur. Kurşun iyonunun derişimi kaç ppm'dir?

Çözünen kütlesi = 10 mg

Çözelti kütlesi = 5 kg

\[ \text{ppm} = \frac{10 \text{ mg}}{5 \text{ kg}} = 2 \text{ ppm} \]

Çözeltilerin Seyreltilmesi ve Deriştirilmesi

Bir çözeltiye çözücü eklenmesiyle derişimi azalır (seyreltme), çözücünün buharlaştırılmasıyla veya çözünen eklenmesiyle derişimi artar (deriştirme).

Seyreltme veya deriştirme işlemlerinde çözünen madde miktarı değişmez. Bu nedenle aşağıdaki formül kullanılabilir:

\[ C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2 \]

Burada:

• \(C_1\): Başlangıç derişimi
• \(V_1\): Başlangıç hacmi
• \(C_2\): Son derişim
• \(V_2\): Son hacim

Bu formül, kütlece yüzde derişim için \((%m/m)_1 \times m_{\text{çözelti},1} = (%m/m)_2 \times m_{\text{çözelti},2}\) veya hacimce yüzde derişim için \((%V/V)_1 \times V_{\text{çözelti},1} = (%V/V)_2 \times V_{\text{çözelti},2}\) şeklinde de uygulanabilir.

Örnek: Kütlece %30'luk 200 g tuzlu suya 50 g su eklenirse, yeni çözeltinin kütlece yüzde derişimi ne olur?

Başlangıçtaki çözünen madde kütlesi:

\[ \text{Çözünen kütlesi} = 200 \text{ g} \times \frac{30}{100} = 60 \text{ g} \]

Su eklendikten sonra çözeltinin toplam kütlesi:

\[ \text{Yeni çözelti kütlesi} = 200 \text{ g} + 50 \text{ g} = 250 \text{ g} \]

Yeni çözeltinin kütlece yüzde derişimi:

\[ \text{Yeni Kütlece Yüzde Derişim} = \frac{60 \text{ g}}{250 \text{ g}} \times 100 = 24% \]

Veya \(C_1 \times m_1 = C_2 \times m_2\) formülü ile:

\[ 30 \times 200 = C_2 \times (200 + 50) \] \[ 6000 = C_2 \times 250 \] \[ C_2 = \frac{6000}{250} = 24% \]

Çözeltilerin Karıştırılması

Aynı çözüneni içeren farklı derişimdeki çözeltiler karıştırıldığında, son çözeltinin derişimi, karıştırılan çözeltilerin derişimleri ve miktarları dikkate alınarak hesaplanır.

Genel formül:

\[ (C_1 \times V_1) + (C_2 \times V_2) = C_{\text{son}} \times V_{\text{son}} \]

Burada:

• \(C_1, C_2\): Karıştırılan çözeltilerin derişimleri
• \(V_1, V_2\): Karıştırılan çözeltilerin hacimleri (veya kütleleri)
• \(C_{\text{son}}\): Son çözeltinin derişimi
• \(V_{\text{son}}\): Son çözeltinin hacmi (veya kütlesi) = \(V_1 + V_2\)

Örnek: Kütlece %20'lik 150 g tuzlu su ile kütlece %40'lık 100 g tuzlu su karıştırıldığında, yeni çözeltinin kütlece yüzde derişimi ne olur?

Birinci çözeltideki çözünen kütlesi:

\[ m_{\text{çözünen},1} = 150 \text{ g} \times \frac{20}{100} = 30 \text{ g} \]

İkinci çözeltideki çözünen kütlesi:

\[ m_{\text{çözünen},2} = 100 \text{ g} \times \frac{40}{100} = 40 \text{ g} \]

Toplam çözünen kütlesi:

\[ m_{\text{toplam çözünen}} = 30 \text{ g} + 40 \text{ g} = 70 \text{ g} \]

Toplam çözelti kütlesi:

\[ m_{\text{toplam çözelti}} = 150 \text{ g} + 100 \text{ g} = 250 \text{ g} \]

Yeni çözeltinin kütlece yüzde derişimi:

\[ C_{\text{son}} = \frac{70 \text{ g}}{250 \text{ g}} \times 100 = 28% \]

Veya \( (C_1 \times m_1) + (C_2 \times m_2) = C_{\text{son}} \times (m_1 + m_2) \) formülü ile:

\[ (20 \times 150) + (40 \times 100) = C_{\text{son}} \times (150 + 100) \] \[ 3000 + 4000 = C_{\text{son}} \times 250 \] \[ 7000 = C_{\text{son}} \times 250 \] \[ C_{\text{son}} = \frac{7000}{250} = 28% \]