02. Çözeltiler ve Derişim ( Prof. Dr. Mustafa DEMİR )

ÇÖZELTİLER İÇİN GEREKLİ KAVRAMLAR

Homojen- heterojen karışım  Çözücü- çözünen-çözünme Süspansiyon, Kolloid –

ÇÖZELTİLER VE DERİŞİM

Homojen- heterojen karışım Birbiri içinde tam olarak karışabilen, her noktası aynı dağılımı gösteren, tek fazlı karışımlara homojen karışımlar, her noktası aynı dağılımı gösteremeyen iki fazlı karışımlara da heterojen karışımlar denir.

Bu bağlamda çözeltiler homojen karışımlar olarak tanımlanabilir. Örneğin su ve sofra tuzunun meydana getirdiği karışım bir homojen karışımdır. Karışımın hangi noktasında olursa olsun tuz tadında olduğunu görülür. Dışarıdan bakıldığında ise iki ayrı madde gibi değil tek bir madde gibi görülür. Dolayısıyla su-tuz karışımı bir

Çözücü- çözünen-çözünme {Çözeltilerdeki dağılma ortamına çözücü veya çözen, dağılan maddeye de çözünen denir. Buna göre çözünen maddenin çözücü içinde dağılması olayına çözünme denir.

Yemek tuzu-su çözeltisinde, yemek tuzunun suda dağılması olayı çözünme, yemek tuzu çözünen, su ise çözücüdür. Bazen, bir çözeltide fazla miktarda bulunan ”çözücü” öteki ise ”çözünen” olarak tanımlanır. Böyle bir tanımlama genel olarak doğru ise de her zaman değildir. { Örneğin derişik sülfürik asit içine az miktarda su eklendiğinde çözücü H SO , 2 4 çözünen su değildir. Yukarıda olduğu gibi su çözen, sülfürik asit ise çözünendir.

Süspansiyon Bütün maddeler bir çözücü ile çözelti meydana getirmezler. Örneğin tebeşir tozları su ile karıştırılırsa çözelti meydana gelmez, tozlar suda asılı halde kalır. Bu şekildeki heterojen (iki fazlı ) karışımlara süspansiyon denir. Süspansiyon bir çözelti değildir. Fazların yoğunlukları farklı olduğundan birbirinden kolaylıkla ayrılabilir.

Kolloid Bazı karışımlar daha vardır ki bunlarda çözünen madde çözeltilerde olduğu gibi molekül veya iyon düzeyinde birbirinden ayrılmaz, ancak parçacıklar süspansiyondaki kadarda iri değildir. Bu tür karışımlara da kolloid denir. Kolloidler de çözelti değildirler. { Kolloidlere dışarıdan bakıldığında tek fazlı homojen karışımlar gibidir. Fazlar fiziksel yollarla birbirinden ayrılamazlar. Ancak mikroskopik inceleme ile fazlar fark edilebilir.

ÇÖZELTİTÜRLERİ Çözeltiler içerdikleri çözünen miktarına göre genel olarak doymamış, doymuş ve aşırı doymuş çözeltiler olmak üzere üç gurupta incelenebilirler.

Doymamış çözeltiler Çözücünün çözebileceğinden daha az madde içeren çözeltilere doymamış çözeltiler denir. Analitik kimyayı daha çok bu tür çözeltiler ilgilendirir. Doymamış çözeltilerdeki çözünen miktarı aşağıda anlatılacak olan çeşitli çözelti birimlerinden başka bazen çok seyreltik, seyreltik veya derişik şeklinde de tanımlandığı olur. Ancak bu nitel bir tanımlamadır. Yani derişikliğin veya seyreltikliğin sınırı belli değildir. Örneğin seyreltik denilen bir çözeltiye az miktarda daha madde eklendiğinde elde edilen yeni çözelti bir öncekine göre derişik, ancak bir miktar daha madde eklenerek elde edilecek olan bir sonrakinden seyreltiktir.

doymuşçözeltiler Çözücünün belli hacminde ancak belli miktarda madde çözünebilir. Fazlası çözünmeden kalır.Bu şekilde hazırlanmış çözeltilere doymuş çözeltiler denir. Çözünme sıcaklığa bağlı olduğundan hangi sıcaklık için geçerli olduğu belirtilir.

aşırı doymuşçözeltiler Bazı hallerde ise doymuş çözeltide çözeltinin sıcaklığını artırarak daha fazla madde çözünmesi sağlanabilir. Bu çözeltiler soğutulduğunda fazladan çözünen kısım çözeltide kalabilir. Bu şekilde hazırlanmış çözeltilere aşırı doymuş çözeltiler denir. Bu çözeltilerinin doygunluğunun korunabilmesi için içinde katı safsızlığın bulunmaması ve sarsıntısız bir şekilde soğutulması gerekir. { Aksi halde zorlama ile çözünen fazla madde kristallenerek derhal ortamdan ayrılabilir.

Derişim birimleri Formalite Molarite  Molalite Normalite Mol kesri Yüzde Binde (ppt) Milyonda (ppm) Milyarda (ppb)

Derişim birimleri Çözünenin formül – gram sayısı Çözünenin Mol sayısı F = m = Çözeltinin hacmi (litre) Çözücünün ağırlığı (kg) Çözünenin Mol sayısı Çözünenin eşdeğer gram sayısı M = N = Çözeltinin hacmi (litre) Çözeltinin hacmi (litre)

Derişim birimleri-2 Çözünenin mol sayısı Çözünenin hacmi x i = Çözücünün mol sayıs + Çözünenin mol sayısı %v/v = x100 Çözeltinin hacmi Çözünenin ağırlığı Çözünenin ağırlığı %w/w = + x100 %v/w = x100 Çözücünün agırlığı Çözünenin agırlığı Çözeltinin hacmi

Derişim birimleri-3 Çözünen(gr) Çözünen(litre) ppt = Çözelti(kg) ppt = 3 Çözelti(m ) Çözünen(mg) Çözünen(ml) ppm = Çözelti(kg) ppm = 3 Çözelti(m ) ppb = Çözünen(mg) ppb = Çözünen(µ l ) 3 Çözelti(ton) Çözelti(m )

Yüzde Çözeltiler(Ağırlıkça yüzde) Çözeltinin 100 biriminde çözünen madde miktarına denir ve % işareti ile gösterilir. {Ağırlıkça yüzde hacimce yüzde ve hacim – ağırlıkça yüzde olmak üzere üç şekilde ifade edilebilir.. çözünen maddenin kütlesi = x100 Ağırlıkça yüzde(%w/w ) çözeltinin toplam kütlesi

Ağırlıkça yüzde 100 g çözeltideki çözünen maddenin gram cinsinden miktarını verir. Şüphesiz birimin gram olması şart değildir, başka ağırlık birimleri de olabilir. Örneğin ağırlıkça % 20’lik sodyum klorür çözeltisi demek 100 gram sodyum klorür çözeltisinin içinde 20 g katı sodyum klorür var veya 100 kg NaCl çözeltisinin içinde 20 kg katı NaCl var demektir. Bir başka deyişle çözelti ve çözünen miktarları ağırlık birimiyle ifade edilmelidir çözünen maddenin kütlesi Ağırlıkça yüzde(% ) = x100 w/w çözeltinin toplam kütlesi

Hacimce yüzde 100 birim hacimdeki çözeltide çözünen hacim maddeyi verir. Örneğin hacimce % 20’lik alkol çözeltisi demek, 100 ml alkol çözeltisinin içinde 20 ml saf alkol var veya 100 l alkol çözeltisinin içinde 20 l saf alkol var demektir. Kısaca söylemek gerekirse çözelti ve çözünen miktarları hacim birimiyle ifade edilmelidir. çözünen maddenin hacmi = x100 Hacimce yüzde(%v/v ) çözeltinin toplam hacmi

Hacim – ağırlıkça yüzde 100 hacim biriminde çözünen ağırlıkça maddeyi verir. Örneğin hacim ağırlıkça %20’lik sodyum klorür çözeltisi demek 100 ml NaCl çözeltisinde 20 g NaCl var veya 100 litre NaCl çözeltisinde 20 kg NaCl var demektir. Burada çözeltinin miktarı hacim biriminden, çözünen maddenin miktarı ise çözünen maddenin kütlesi Hacim – ağırlıkça yüzde(%w/v ) = x100 ağırlık biriminden ifade edilmelidir. çözeltinin toplam hacmi

Örnek 1: Ağırlıkça % 5’ lik 500 g NaOH çözeltisini nasıl hazırlanır? Tanıma göre 100 gram çözelti içinde 5 gram katı NaOH bulunmaktadır. { Çözeltinin toplam hacmi 500 gram olduğuna göre 5 x 5 = 25 gram NaOH gereklidir. { O halde 500 – 25 = 475 gram çözücü ( yani su ) gereklidir. { Suyun yoğunluğunu 1 g/ml olarak kabul edilirse 475 ml su alınır ve 25 g NaOH bu suda çözülür.

Örnek 2: İçinde hacimce % 40 alkol bulunan 1,5 litre çözelti % 95’lik alkolden nasıl hazırlanır. { Tanıma göre 100 ml alkol çözeltisinde 40 ml saf alkol bulunması istenilmektedir. { O halde 1,5 litre için (1500×0,4=600) 600 ml saf alkol gereklidir. 600 ml saf alkol ise [100×600)/95=631.5] 632 ml %95’lik alkolde vardır. { Buna göre çözeltiyi hazırlayabilmek için 632 ml % 95’lik alkol alınır ve saf su ile 1,5 litreye tamamlanır.

Örnek 3: Hacim-ağırlıkça % 10’luk 3 litre KCl çözeltisi nasıl hazırlanır.  Tanıma göre çözeltinin her 100 ml sinde 10 g katı KCl bulunması gerekmektedir. O halde 3 litresinde 300 g katı KCl bulunmalıdır. { Bu çözeltinin hazırlanması için 300 g katı KCl tartılır ve bir kaba alınır. Üzerine toplam hacim 3 litre olacak şekilde saf su eklenir.

Örnek 4: Hacim-ağırlıkça % 10’luk 1 litre HCl çözeltisi, yoğunluğu 1,19 g/ml olan ağırlıkça % 37’lik derişik HCl’den nasıl hazırlanır? Tanıma göre çözeltinin 1 litresinde 100 g saf HCl bulunmalıdır. Derişik asitin 100 gramında 37 gram saf asit bulunduğuna göre 100 gram saf asit [(100/37)x100=270] 270 g %37’lik asitte bulunmaktadır. Asidin tartılması kolay olmadığına göre hacminin bilinmesi uygun olur. Bu [(270/1,19)=227] 227 ml %37’lik asit demektir. Bu çözeltinin hazırlanması için 1 litrelik ölçü kabına 250 – 300 ml saf su alınır. İçine %37’lik asitten 227 ml , karıştırarak yavaşyavaş eklenir . Daha sonra saf su ile litreye tamamlanır.

Mol kesri (X ) i Çözünen maddenin mol sayısının, çözeltideki bütün maddelerin mol sayıları toplamına oranına denir ve X ile gösterilir. Örneğin 1 mol A maddesi ile 1 mol B maddesinin oluşturduğu bir çözeltiyi düşünelim. A maddesinin mol kesri (XA ile gösterilir); A maddesinin mol sayısının (nA ile gösterilir) A ve B maddeleri mol sayıları toplamına oranına eşittir. Çözeltiyi oluşturan maddelerin mol kesirleri toplamı daima “1” dir. Örneğin A, B, C, D, E gibi beş maddenin oluşturduğu bir çözeltide. n XA = A XA + XB + X C + XD + X E = 1 n + n A B

Örnek 5 Ağırlıkça %23,4 NaCl içeren bir çözeltide sodyum klorürün mol kesri nedir? Önce çözünen ve 23,4 çözücünün mol = 0,4 mol NaCl sayılarını bulmamız 58,5 gerekir. 100 g 76,6 = 4,2556 mol H O çözeltinin 23,4 gramı 18 2 NaCl olduğuna göre 100-23,4= 76,6 gramı 0,4 su olmalıdır. Buna X NaCl = 0,4 + 4,2556 = 0,0860 göre NaCl ve suyun mol sayıları 0,4 ve 4,2556 dır. { Buradan sodyum 4,2556 klorürün mol kesri X H2O = = 0,9140 4,2556 + 0,4 0,0860 { Suyun mol kesrini ise 0,9140 olarak hesaplanır

Molarite (M) { Bir litre çözeltideki çözünen maddenin mol sayısına denir ve M ile gösterilir. { Örneğin 1 molar NaOH çözeltisi, 1 litresinde 1 mol yani 40 gram çözünmüş NaOH içeren çözelti demektir. {Aynı şekilde 2 molar H SO 2 4 çözeltisi 1 litresinde 2 mol yani 196 gram H2SO4 içeren çözelti demektir.

Bu tür ve yukarıda sözü edilen hacim ağırlıkça çözeltinin hazırlanması özel bir dikkati gerektirir. { Çünkü burada yalnız çözünen maddenin miktarı ve çözeltinin miktarı belli fakat çözücünün miktarı belli değildir. { Örneğin 3 M 1 litre NaOH çözeltisi 3 mol (3×40=120 g) NaOH ile 1000-120=880 g (880 ml) suyun karıştırılmasıyla hazırlanamaz. { Çünkü son hacim 1000 ml den daha az olur. Oysa Molaritede önemli olan çözeltinin son hacmidir.

Bu tür çözeltiler ölçü kabı adı verilen ve belli hacimleri ölçen kaplarda hazırlanır. Hesaplanan miktar kadar çözünen madde bu kaba alınır ve çözücü ile (genellikle saf su ile) hacim tamamlanır. Buna göre yukarıdaki çözelti 880 ml çözücü (su) eklenerek değil, 120 g katı NaOH’in bir litrelik ölçü kabına alınması ve üzerine 1 litre oluncaya kadar su eklenmesiyle hazırlanır.

Molarite, en çok kullanılan ve hazırlanması en kolay olan derişim birimlerinden biri olmakla birlikte en önemli dezavantajı sıcaklığa bağımlı oluşudur. Sıcaklık nedeniyle sıvı hacmindeki genleşme derişimi değiştirir. Bu nedenle çözelti hazırlandıktan sonra eğer ısınma olmuşsa oda sıcaklığına kadar soğutulması ve hacim kontrolünün yapılması gerekir.

Örnek 6 : 3 M, 250 ml hidroklorik asit çözeltisi, yoğunluğu l,l9 g/ml olan ağırlıkça %37’lik derişik HCl çözeltisinden nasıl hazırlayınız.  Eğer l litrelik çözelti istenseydi 3 mol çözünen gerekecekti. Çözelti 250 ml yani 0,250 litre olduğuna göre gerekli çözünen madde { 0,250×3=0,75 moldür. { Bir mol HCl’nin ağırlığı 36,5 gram olduğuna göre 0,75 mol HCl 0,75×36,5=27,375 gramdır. Asitin 100 gramından 37 gram saf HCl bulunduğuna göre 27,375 gram saf HCl , (100×27,375)/37= 73,986 g % 37’lik asit vardır.  Asitin yoğunluğu l,l9 g/ml olduğuna göre 73,986 g asit { (73,986/1,19)=62,173 ml’dir { Çözeltinin hazırlanması için; 250 ml’lik ölçü kabına az miktarda saf su alınır. Üzerine 62.173 ml derişik HCl konursa ve 250 ml ye, saf su ile tamamlanır.

Örnek 7: 500 ml 0,1 M NaOH çözeltisi nasıl hazırlanır. { Önce, 500 ml değil de 1 litrelik çözelti için ne kadar NaOH gerekli olduğunu bulunur. { Molaritenin tanımına göre 0,1 mol NaOH gereklidir. { Hazırlanacak çözeltinin hacmi bunun yarısı olduğuna göre gerekli olan NaOH miktarı da öncekinin yarısı, yani (0,1/0,5) 0,05 mol olacaktır. { Şimdi sıra 0,05 mol NaOH ın kaç gram olduğunu bulmaya gelmiştir. 1 mol NaOH 40 g olduğuna göre 0,05 mol NaOH’in (0,05×40) 2 g olduğu kolaylıkla hesaplanabilir. { O halde yapılacak işterazide 2 g NaOH tartıp 500 ml’lik bir balonjojeye koymak ve az miktarda suda çözdükten sonra hacim çizgisine kadar saf su ile doldurmaktır.

Örnek 7: 500 ml 0,1 M NaOH çözeltisi nasıl hazırlanır. { (ikinci çözüm) M = 0,1 V = 500 ml = 0,5 litre Çözünen(mol) Çözünen(mol) M = ⇒ 0,1 = ⇒ Çözünen = 0,05 mol Çözelti(litre) 0,5(litre) veya 0,05 x 40 = 2 g NaOH

Örnek 8: 250 ml 0,3 M HCl çözeltisi derişik HCl’den (yoğunluğu 1,19 g/cm3 ve %37’ lik), nasıl hazırlanır.(1/2) { 1 litre 0,3 M çözeltisi için 0,3 mol HCl gerekli ise 250 ml (0,250 litre) 0,3 M çözelti için 0,3 x 0,250 mol = 0,075 mol HCl gereklidir. 1 mol HCl = 36,5 g olduğuna göre 0,075 mol HCl = 0,075 x 36,5 = 2,7375 g HCl gereklidir. { Aslında soru yanıtlanmıştır. Yani 2,7375 g saf HCl’yi tartıp 250 ml’lik bir balonjojeye koyar ve hacim çizgisine kadar saf su ile tamamlarsak istenilen çözelti hazırlanmış olur. Ancak bu pratikte uygulanabilir bir durum değildir. Bir başka deyişle, derişik asitten belli hacimde almak varken terazide tartmaya kalkmak pek akıllıca bir iş değildir. Üstelik elimizdeki asit saf asit de değildir. Bu nedenle önce 2,3775 g saf asit yerine % 37’lik asitten ne kadar olmak gerektiğini hesaplamak gerekir.

Örnek 8: 250 ml 0,3 M HCl çözeltisi derişik HCl’den (yoğunluğu 1,19 g/cm3 ve %37’ lik), nasıl hazırlanır.(2/2) { 100 g çözeltinin 37 gramı saf asit olduğuna göre, 2,7375 g saf asit (100/37)=(X/2,7375)ÆX=7,4 gram % 37’lik asittir. { Demek ki tartım yapmak kolay olsaydı % 37’lik asitten 7,4 gram almak yeterli olacaktı. Asidi tartmak pek kolay bir iş değildir. Bu nedenle yoğunluk bağlantısında bilinenleri yerine koyarak 7,4 gram asidin kaç ml olduğunu bulabiliriz { 1,19=(7,4)/V ÆV=6,72 ml { O halde 6,22 ml % 37’lik HCl den alır, 250 ml’lik balonjojeye koyar ve hacim çizgisine kadar saf su ile tamamlarsak istenen 0,3 M’lık çözelti hazırlanmış olur.

Molalite (m) { 1000 gram çözücüde, çözünmüş maddenin mol sayısına denir ve m ile gösterilir. { Molariteden en önemli farkı, çözücü ve çözünen miktarlarının bilinmesi fakat çözelti hacminin bilinmemesidir. { Örneğin 3 molal NaOH çözeltisi, 1000 gram suda 3 mol (3×40=l20 g) NaOH çözülmesiyle hazırlanmış çözeltidir. Çözünen madde miktarı (mol) m = çözücü miktarı (kg)

Örnek 9: 120 g suda (120 ml suda) l2 g NaOH çözülmüştür. Bu çözeltinin molalitesi nedir? = = 12 g NaOH (12/40) 0,3 mol NaOH çözünen madde (mol) m = çözücü (kg) 120ml su = 120 g su = 0,120 kg su 0,3 m = = 2,5 molal 0,120

Örnek 3.10 : 500 g 2,5 molal NaOH çözeltisi nasıl hazırlanır? 2,5 molal NaOH çözeltisi, 1000 g suda 2,5 mol (2,5×40 = l00 g) NaOH çözülmesiyle hazırlanmış çözeltidir. { O halde bu çözeltinin son ağırlığı 1000+100 = 1100 g olmalıdır. { Eğer 1100 g çözeltide 100 g NaOH bulunursa 500 g çözeltide (100 x 500)/1100 = 45,45 g NaOH bulunmaktadır. { Demekki 45,45 g NaOH tartılır ve üzerine toplam ağırlık 500 gram oluncaya kadar (454,55 ml) saf su eklenirse istenen çözelti hazırlanmış olur.

Örnek 11: 5 molallik herhangi bir sulu çözeltinin çözücü ve çözünen mol kesirleri nedir? { Sulu çözelti olduğuna göre 1000 g su içinde 5 mol madde çözülmüş demektir. { 1000 g suyun kaç mol olduğunu bulursak mol kesrini kolaylıkla hesaplayabiliriz. l000 g su, l000/l8 = 55,55 moldür. 5,0 X çözünen = = 0,0826 5,0 + 55,55 55,55 X = = 0,9174 çözücü 5,0 + 55,55

Kaynak: http://web.adu.edu.tr/user/mdemir/

Bir cevap yazın