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.
Çözelti 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.
Çözünme 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 à Sıvı à Çözelti à 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.
Sulu 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.
Çözünürlük
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.
Anyon
Verilen anyonla az çözünen tuz oluşturan katyonlar
CO23-
NH4+ dışındakilerin hepsi
PO43-
NH4+ dışındakilerin hepsi
S2-
NH4+ ile 1A ve 2A grubu katyonlarının dışındakilerin hepsi
OH-
NH4+, Sr2+, Ba2+ ile 1A grubu katyonların dışındakilerin hepsi
SO42-
Ba2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+, Hg+, Ag+
Cl-, Br-, I-
Ag+, Cu+, Hg+, Hg2+, Pb2+
Çözünürlük 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.
AxBy(katı) D xA+y(suda) + yB-x(suda)
Genel çözünme tepkimesinde; AxBy(katı) tuzu için denge bağıntısını yazalım:
yazılabilir.
Ancak, AxBy(katı) maddesinin bu ortamdaki derişiminin değişmediği kabul edildiğinden değeri sabittir. Bu nedenle, Kd ifadesi ile birleştirilebilir. Bu durumda Kçç= Kd * [AxBy(katı)] yazılabilir. O halde;
olur.
Kçç’ye çözünürlük denge sabiti ya da çözünürlük çarpımı denir. Kçç de Kp veya Kd gibi sıcaklığa bağlı olarak değişir. Bağıntıda mol katsayılarının üs olarak alındığına dikkat ediniz.
Aşağıda bazı çözünme tepkimeleri için denge bağıntıları verilmiştir.
AgBr(k)
D
Ag+(suda)
+
Br-(suda)
Kçç = [Ag+][Br-]
FeCO3(k)
D
Fe+2(suda)
+
CO3-2(suda)
Kçç = [Fe+2][CO3-2]
CaF2(k)
D
Ca+2(suda)
+
2F-(suda)
Kçç = [Ca+2][F-]2
Ba3(PO4)2(k)
D
3Ba+2(suda)
+
2PO4-3(suda)
Kçç = [Ba+2]3[PO4-3]2
Bazı az çözünen iyonik katıların 25˚C’daki çözünürlük çarpımları aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.
Bileşik
Kçç
Bileşik
Kçç
BaCO3
4,9x10-9
CuS
6,5x10-37
PbCO3
7,9x10-14
Ag2S
8,0x10-51
SrSO4
8,0x10-7
CaF2
4,0x10-11
Ag2SO4
1,4x10-5
SrF2
8,0x10-10
Ag3PO4
1,8x10-18
AgCl
1,8x10-10
Ca3(PO4)2
1,5x10-32
PbCl2
1,8x10-5
Al(OH)3
4,8x10-33
AgBr
5,0x10-13
Fe(OH)2
4,0x10-15
PbBr2
5,0x10-6
Konu: Çözünürlük Dengesi 
Paz Nis. 27, 2008 9:57 am
