Suda az çözünen tuzların oluşturduğu heterojen çözünme-çökelme dengelerinde en kritik iki etken ortak iyon ve sıcaklık değişimidir. Bu iki faktörün çözünürlüğe ve çözünürlük çarpımına ($K_{\text{çç}}$) etkileri temel farklılıklar gösterir.

1. Ortak İyon Etkisi

Doygun bir tuz çözeltisine yapısındaki iyonlardan birini içeren başka bir çözelti eklendiğinde, ortama verilen bu iyona ortak iyon denir.

Dengede bulunan bu sisteme sabit sıcaklıkta bir miktar $\text{NaCl}$ tuzu eklendiğinde:

• Ortama bol miktarda $\text{Cl}^-$ iyonu girer ve $[\text{Cl}^-]$ anlık olarak sıçrar.

• Le Chatelier İlkesine göre: Sistem aşırı artan $\text{Cl}^-$ iyonunu harcamak için girenler yönüne (çökelme yönüne) kayar.

• Çözeltide bulunan $\text{Ag}^+$ iyonları klorürle birleşerek katı $\text{AgCl}$ hâlinde dibe çöker.

• Sonuç olarak çözeltideki serbest $[\text{Ag}^+]$ derişimi azalır, dipteki katı kütlesi artar.

Ortak İyonun Temel Kuralları

1. Çözünürlüğü Azaltır: Ortak iyon derişimi ne kadar yüksekse, az çözünen tuzun sudaki molar çözünürlüğü ($s$) o kadar düşüktür.

   $$\text{Saf Sudaki Çözünürlük} > \text{Seyreltik Ortak İyondaki Çözünürlük} > \text{Derişik Ortak İyondaki Çözünürlük}$$

2. $K_{\text{çç}}$ Sabit Kalır: Sıcaklık değişmediği sürece sisteme eklenen ortak iyon $K_{\text{çç}}$ değerini kesinlikle değiştirmez. Bir iyonun derişimi artarken denge sola kaydığı için diğer iyonun derişimi azalır; derişimler çarpımı ($K_{\text{çç}}$) korunur.

3. Hesaplamalarda İhmal: Az çözünen tuzdan gelen ortak iyon derişimi, çok çözünen tuzdan gelenin yanında son derece küçük olduğundan toplama işleminde ihmal edilir.

2. Sıcaklığın Çözünürlüğe Etkisi

Sıcaklık, çözünürlük çarpımını ($K_{\text{çç}}$) değiştirebilen yegâne değişkendir.

A) Endotermik Çözünme ($\Delta H > 0$)

Katıların çoğunda çözünme ısı alarak gerçekleşir:

• Sıcaklık Artırılırsa:

  • Denge ısıyı tüketmek için ürünler (çözünme) yönüne kayar.

  • Dipteki katı çözünür, çözeltideki iyon derişimleri artar.

  • Molar çözünürlük ($s$) artar.

  • Denge ürünlere kaydığı için $K_{\text{çç}}$ değeri büyür.

• Sıcaklık Azaltılırsa: Sistem girenler yönüne kayar; bir miktar katı çöker, çözünürlük azalır ve $K_{\text{çç}}$ küçülür.

B) Ekzotermik Çözünme ($\Delta H < 0$)

Bazı özel tuzlarda çözünme dışarıya ısı verir:

• Sıcaklık Artırılırsa:

  • Denge fazla ısıyı soğurmak için girenler (çökelme) yönüne kayar.

  • İyonlar birleşerek dipte çöker; dipteki katı kütlesi artar.

  • Molar çözünürlük ($s$) azalır.

  • Denge girenlere kaydığı için $K_{\text{çç}}$ değeri küçülür.

• Sıcaklık Azaltılırsa: Sistem ürünler yönüne kayar; çözünürlük artar ve $K_{\text{çç}}$ büyür.

Ortak İyon ve Sıcaklığın Karşılaştırma Tablosu

Çözümlü Sorular

Soru 1: Ortak İyonda Molar Çözünürlük Hesabı

$25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta kalsiyum florür ($\text{CaF}_2$) tuzunun çözünürlük çarpımı $K_{\text{çç}} = 4 \times 10^{-11}$‘dir.

Buna göre $\text{CaF}_2$ katısının $0{,}1\text{ M } \text{NaF}$ sulu çözeltisindeki molar çözünürlüğü kaç $\text{M}$‘dir?

Çözüm:

1. $\text{NaF}$ kuvvetli bir elektrolittir ve suda $\%100$ iyonlaşır:

   $$\text{NaF}_{(suda)} \longrightarrow \text{Na}^+_{(suda)} + \text{F}^-_{(suda)}$$
   $$0{,}1\text{ M} \longrightarrow 0{,}1\text{ M } \text{Na}^+ + 0{,}1\text{ M } \text{F}^-$$

2. $\text{CaF}_2$ dengesini kuralım. $\text{CaF}_2$‘nin bu çözeltideki çözünürlüğü $s$ olsun:

   $$\text{CaF}_{2(k)} \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+}_{(suda)} + 2\text{F}^-_{(suda)}$$

   • $[\text{Ca}^{2+}] = s\text{ M}$

   • $[\text{F}^-] = 0{,}1 + 2s \approx 0{,}1\text{ M}$ (Ortak iyondan gelen $0{,}1$‘in yanında $2s$ ihmal edilir).

3. $K_{\text{çç}}$ ifadesinde yerine yazalım:

   $$K_{\text{çç}} = [\text{Ca}^{2+}] \cdot [\text{F}^-]^2$$
   $$4 \times 10^{-11} = s \cdot (0{,}1)^2$$
   $$4 \times 10^{-11} = s \cdot 10^{-2}$$
   $$s = \frac{4 \times 10^{-11}}{10^{-2}} = \mathbf{4 \times 10^{-9}\text{ M}}$$

   (Saf suda $\text{CaF}_2$‘nin çözünürlüğü $4s^3 = 4 \times 10^{-11} \implies s \approx 2{,}15 \times 10^{-4}\text{ M}$ iken ortak iyonla birlikte $4 \times 10^{-9}\text{ M}$‘a kadar gerilemiştir).

Soru 2: Çözünürlük Sıralaması

$\text{BaSO}_4$ katısının $25\text{ }^\circ\text{C}$‘deki çözünürlük çarpımı $K_{\text{çç}} = 1 \times 10^{-10}$‘dur.

$\text{BaSO}_4$ katısının aşağıdaki ortamlardaki molar çözünürlüklerini büyükten küçüğe doğru sıralayınız:

I. Saf su

II. $0{,}1\text{ M } \text{Ba(NO}_3)_2$ sulu çözeltisi

III. $0{,}01\text{ M } \text{Na}_2\text{SO}_4$ sulu çözeltisi

Çözüm:

• Çözeltilerdeki ortak iyon derişimlerini belirleyelim:

  • I. Saf su: Ortak iyon yoktur ($0\text{ M}$).

  • II. $0{,}1\text{ M } \text{Ba(NO}_3)_2$: Ortama $0{,}1\text{ M } \text{Ba}^{2+}$ ortak iyonu verir.

  • III. $0{,}01\text{ M } \text{Na}_2\text{SO}_4$: Ortama $0{,}01\text{ M } \text{SO}_4^{2-}$ ortak iyonu verir.

• Ortak iyon derişimi ne kadar az ise çözünürlük o kadar fazladır:

  • Ortak iyon derişimi sıralaması: $\text{II } (0{,}1\text{ M}) > \text{III } (0{,}01\text{ M}) > \text{I } (0\text{ M})$

  • Çözünürlük sıralaması (ters orantılı):

    $$\mathbf{I > III > II}$$