Koligatif Özellikler Ders Notu

Koligatif özellikler, bir çözeltide çözünmüş madde miktarının (derişiminin) neden olduğu, ancak çözünen maddenin kimyasal yapısına bağlı olmayan fiziksel özelliklerdir. Bu özellikler, çözücünün tanecikleri arasındaki etkileşimlerin çözünen taneciklerinin varlığıyla değişmesinden kaynaklanır. 10. sınıf müfredatına göre başlıca üç koligatif özellik incelenir: buhar basıncı alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası alçalması.

Koligatif Özellikler Nelerdir? 🤔

Çözeltilerin koligatif özellikleri aşağıdaki gibidir:

• Buhar Basıncı Alçalması
• Kaynama Noktası Yükselmesi
• Donma Noktası Alçalması

Bu özellikler, çözeltide çözünen madde derişimi arttıkça belirginleşir ve çözünen maddenin türü değil, yalnızca miktarı önemlidir. Ancak, çözünen maddenin uçucu olmaması ve çözücüde iyonlaşmaması (moleküler çözünmesi) koşulu genellikle basitleştirilmiş hesaplamalar için geçerlidir.

1. Buhar Basıncı Alçalması 📉

Saf bir çözücünün belirli bir sıcaklıktaki buhar basıncı, içerisine uçucu olmayan bir katı çözündüğünde düşer. Bunun nedeni, çözünen taneciklerinin çözücünün yüzeyindeki buharlaşabilecek tanecik sayısını azaltması ve çözücü moleküllerinin yüzeyden ayrılmasını zorlaştırmasıdır.

Önemli Not: Çözelti içindeki çözünen tanecik sayısı arttıkça, buhar basıncı alçalması da artar.

Raoult Yasası

Uçucu olmayan bir katının çözündüğü ideal çözeltilerde, çözeltinin buhar basıncı, çözücünün mol kesri ile saf çözücünün buhar basıncının çarpımına eşittir. Buhar basıncı alçalması ise saf çözücünün buhar basıncı ile çözeltinin buhar basıncı arasındaki farktır.

Çözeltinin buhar basıncı \( P_{çözelti} \) şu şekilde ifade edilir:

\[ P_{çözelti} = X_{çözücü} \cdot P^\circ_{çözücü} \]

Burada;

• \( P_{çözelti} \): Çözeltinin buhar basıncı
• \( X_{çözücü} \): Çözücünün mol kesri
• \( P^\circ_{çözücü} \): Saf çözücünün buhar basıncı

Buhar basıncı alçalması (\( \Delta P \)) ise şu formülle bulunur:

\[ \Delta P = P^\circ_{çözücü} - P_{çözelti} = X_{çözünen} \cdot P^\circ_{çözücü} \]

Burada \( X_{çözünen} \) çözünenin mol kesridir.

2. Kaynama Noktası Yükselmesi (Ebülyoskopi) 🌡️⬆️

Saf bir çözücünün içerisine uçucu olmayan bir madde çözündüğünde, çözeltinin kaynama noktası saf çözücüye göre daha yüksek olur. Bunun nedeni, çözünen maddenin buhar basıncını düşürmesi ve çözeltinin dış basınca eşit hale gelmesi için daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duymasıdır.

Günlük Hayattan Örnek: Yemek pişirirken suya tuz eklendiğinde suyun daha yüksek bir sıcaklıkta kaynaması, kaynama noktası yükselmesine bir örnektir.

Kaynama Noktası Yükselmesi Hesabı

Kaynama noktası yükselmesi (\( \Delta T_k \)) çözeltinin molal derişimi (m) ile doğru orantılıdır.

\[ \Delta T_k = K_k \cdot m \]

Burada;

• \( \Delta T_k \): Kaynama noktası yükselmesi ( \( ^\circ C \) veya \( K \) cinsinden)
• \( K_k \): Çözücünün molal kaynama noktası yükselmesi sabiti (ebülyoskopik sabit) (\( ^\circ C/m \) veya \( K/m \) cinsinden). Bu değer her çözücü için farklıdır.
• \( m \): Çözeltinin molalitesi (mol/kg çözücü)

Çözeltinin yeni kaynama noktası (\( T_{k, çözelti} \)) ise:

\[ T_{k, çözelti} = T_{k, saf çözücü} + \Delta T_k \]

3. Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi) ❄️⬇️

Saf bir çözücünün içerisine uçucu olmayan bir madde çözündüğünde, çözeltinin donma noktası saf çözücüye göre daha düşük olur. Çözünen tanecikler, çözücünün düzenli bir kristal yapı oluşturmasını (donmasını) engeller ve daha düşük sıcaklıklarda enerji bariyerini aşarak donma gerçekleşir.

Günlük Hayattan Örnek: Kışın yollara tuz serpilerek suyun donma noktasının düşürülmesi ve buzlanmanın önlenmesi, araç radyatörlerine antifriz eklenmesi donma noktası alçalmasına örneklerdir.

Donma Noktası Alçalması Hesabı

Donma noktası alçalması (\( \Delta T_d \)) çözeltinin molal derişimi (m) ile doğru orantılıdır.

\[ \Delta T_d = K_d \cdot m \]

Burada;

• \( \Delta T_d \): Donma noktası alçalması ( \( ^\circ C \) veya \( K \) cinsinden)
• \( K_d \): Çözücünün molal donma noktası alçalması sabiti (kriyoskopik sabit) (\( ^\circ C/m \) veya \( K/m \) cinsinden). Bu değer her çözücü için farklıdır.
• \( m \): Çözeltinin molalitesi (mol/kg çözücü)

Çözeltinin yeni donma noktası (\( T_{d, çözelti} \)) ise:

\[ T_{d, çözelti} = T_{d, saf çözücü} - \Delta T_d \]