Çözünürlük Dengesi - Devamı

Örnek Sorular:

1- 25˚C’da 1 litre suda 4x10-5 mol BaSO4 çözülerek doymuş çözeltisi hazırlanıyor. Buna göre, BaSO4’ ın çözünürlük çarpımı nedir?

Çözüm:

İlk önce denge denklemi yazılmalıdır. BaSO4(k) D Ba+2(suda) + SO42-(suda) Denkleme göre 1 mol katı madde iyonlarına ayrıştığında ortama 1 mol Ba+2 iyonu ve 1 mol de SO42- iyonu vermektedir. Bu durumda çözünürlük bu değerlere bağlı olmalıdır. Çözelti hacmi 1 litre olduğundan çözünürlük miktarı aynı zamanda molar derişime karşılık gelir. O halde;

[SO42-] = [ Ba2+] = 4x10-5 M olur. Buna göre Kçç;

Kçç= [ Ba2+][SO42-] = (4x10-5) (4x10-5) = 16x10-10 = 1,6x10-9 olur.

2- CaF2’ün belli bir sıcaklıktaki çözünürlük çarpımı Kçç=3,2x10-11’ dir. Buna göre, aynı sıcaklıkta CaF2’ün çözünürlüğü kaç molardır?

Çözüm :

CaF2(k) D Ca2+(suda) + 2F-(suda)

Denkleme göre, 1 mol bileşikten 1 mol Ca2+ iyonu, 2 mol F- iyonu oluşmaktadır. Burada Ca2+ iyonu çözünürlüğü verdiğine göre, buna S dersek;

[ Ca2+] = S ve [F-] = 2S ise

Kçç= [ Ca2+][F-]2 = (S)(2S)2 = 4S3 = 3,2x10-1

S3 = 8x10-12 ve her iki tarafın küp kökü alınırsa; S = 2x10-4 Molar olur.


Çözünürlük Dengesine Etki Eden Faktörler

Çözünürlük dengesi fiziksel bir denge olmasına rağmen kimyasal denge de olduğu gibi bazı faktörlerin etkisi ile değişebilir. Bu faktörler;

Çözücünün türü
Sıcaklık
Ortak iyon varlığı
Yabancı maddelerin varlığı

şeklinde sıralanabilir.

a. Çözücünün Türünün Etkisi :

Daha önceden “Benzer benzeri çözer” ifadesini kullanmıştır. Çözücünün bir maddeyi çözüp çözemeyeceği deneyle bulunabilir. Böylece çözünme üzerinde etkisinin olup olmadığı anlaşılır. Örneğin iyot katısının çeşitli çözücülerdeki çözünürlüğü için yapılan deneyde aşağıdaki denkleme göre çözünme değerleri bulunmuştur.







Bu üç çözelti için de maksimum düzensizlik eğilimi çözünmenin lehine, minimum enerji eğilimi çözünmenin aleyhinedir. Entalpi değerlerine bakarak iyot molekülü ile en iyi etkileşimde bulunan çözücünün etil alkol olduğu söylenebilir. İyot, suda çözünmez, karbontetraklorürde ise az çözünür. Bu durumda yandaki şekilde görüldüğü gibi iki farklı fazdan oluşan bir karışım oluşur.

İyodun çeşitli çözücülerdeki çözünürlükleri şu şeklide verilebilir.

Suda : S= 0,001 M

CCl4’de : S= 0,120 M

Alkolde : S= 0,840 M

b. Sıcaklığın Etkisi :

İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüğü sıcaklığa bağlı olarak değişir. Çözünme olaylarında bir denge kurulduğuna göre, denge de sıcaklıkla değişir. Le Chatelier ilkesine göre denge halindeki bir çözünürlük sistemi ekzotermik olduğunda sıcaklığının yükseltilmesi halinde sistem bu etki azaltabilmek için tekrar çökme yönünde hareket edecektir. Aynı şekilde endotermik bir dengede ise, sıcaklığın yükseltilmesi çözünme yönünde etkili olacaktır. Örneğin, CaCl2 katısının sudaki çözünürlüğü ekzotermiktir. Bu katının konulduğu bir çözeltinin sıcaklığı artırılacak olursa, iyon haline geçen Ca2+ iyonları ile Cl- iyonları tekrar bu dışarıdan verilen enerjiyi absorbe ederek yeni bağların oluşumunda kullanarak CaCl2 katısını oluşturur ve böylece çökme gözlenir. Başka bir madde olarak NH4Cl katısının sudaki çözünürlüğü endotermiktir. Bu katı ile oluşturulan karışımın sıcaklığı artırılırsa, çözünme artar ve verilen ısı ile katı iyonlarına daha çok ayrışır. Böylece, sıcaklık çözünme yönünde harekete neden olur. Yandaki şekilde bazı maddelerin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişlimi görülmektedir.

c. Ortak İyon Etkisi :

Saf suda az çözünen bir katı madde, yapısındaki iyonlardan birini içeren bir başka çözelti içerisinde, saf sudaki çözünme miktarından daha az çözünür. Bu duruma “Ortak iyon etkisi” denir.
Örneğin, AgBr tuzu suda az çözünür. Çözündüğü miktara bağlı olarak da çözeltiye Ag+ ve Br- iyonlarını verir. Eğer, KBr tuzu içeren bir çözelti içerisine AgBr tuzu atılır ve çözünmesi istenirse, AgBr, saf sudakinden daha az Ag+ ve Br- iyonlarını verecektir. Bunun başlıca nedeni, çözücü moleküllerinin daha önceden doyurulmuş olması ve az çözünen tuzun kristal örgüsünü kırmaya yetecek serbest moleküllerin az olması ve enerjinin de azalmasıdır. Bu durumu bir örnek problem ile açıklamak daha kolaydır.

Örnek :

Pb(OH)2’in belli bir sıcaklıktaki çözünürlük çarpımı 4x10-15’dir. Buna göre Pb(OH)2’in;
a) Saf sudaki çözünürlüğünü hesaplayınız
b) 0,1 M’lık Pb)NO3)2 çözeltisindeki çözünürlüğünü hesaplayınız
c) 0,1 M’lık NaOH çözeltisindeki çözünürlüğü hesaplayınız.
c) Üç çözünürlüğü karşılaştırınız

Çözüm : Pb(OH)2’in çözünürlüğü “s” olsun.

a) Pb(OH)2(k) Pb2+(suda) + 2OH-(suda) olduğuna göre; [Pb2+]=s ve [OH-]=2s olur.

Çözünürlük çarpımı ifadesinden Kçç= [Pb2+][OH-]2 yazılır. Çözünürlükleri yerine yazılırsa;

Kçç=(s)(2s)2 = 4s3 = 4x10-15 olduğundan s= 1x10-5 bulunur.

b) 0,1 M Pb(NO3)2 çözeltisinde [Pb2+]=0,1 M olarak bulunur. Pb(OH)2’ in çözünmesiyle ortama bir miktar da buradan Pb2+ iyonu gelir. Buna göre ortamdaki [Pb2+]=0,1 + s kadar olacaktır. Kçç= [Pb2+][OH-]2 bağıntısından Kçç=(0,1+ s)(2s)2 yazılır. 0,1 M yanında az çözünen tuzdan gelen “s” miktarı çok az olduğundan ihmal edilirse; Kçç=(0,1)(2s)2 = 4x10-15 olur ve

M bulunur.

c) 0,1 M NaOH çözeltisinde [OH-]=0,1 M olarak bulunur. Pb(OH)2’ in çözünmesiyle ortama bir miktar da buradan OH- iyonu gelir. Buna göre ortamdaki [OH-]=0,1 + 2s kadar olacaktır. Kçç= [Pb2+][OH-]2 bağıntısından Kçç=(s)(0,1+ 2s)2 yazılır. 0,1 M yanında az çözünen tuzdan gelen “2s” miktarı çok az olduğundan ihmal edilirse; Kçç=(s)(0,1)2 = 4x10-15 olur ve

M olur.

d) Üç çözünürlük değeri karşılaştırıldığında sa > sb >sc olur. Buna göre, 0,1 M Pb(NO3)2 çözeltisindeki çözünürlük saf suya göre 100 kat daha az, 0,1 M NaOH çözeltisindeki çözünürlük saf suya göre 250 milyon kat daha azdır. Bunun nedeni mol katsayıları olduğu görülebilir.

d. Yabancı Maddelerin Etkisi :

Az çözünen bir bileşiğin çözeltisinde, çözünen maddelerin iyonlarından başka iyonların varlığı da tuzun çözünürlük dengesine etki eder. Örneğin, Ca(OH)2 az çözünen bir maddedir.

Ca(OH)2(k) Ca2+(suda) + 2OH-(suda)

Eğer Ca(OH)2’in doymuş çözeltisine HCl çözeltisi eklenirse Ca(OH)2’in çözünürlüğü artar. Çünkü, HCl gazı aşağıdaki gibi iyonlaşır.

HCl(g) H+(suda) + Cl-(suda)

Ortamdaki H+ iyonları Ca(OH)2’den gelen OH- iyonlarıyla birleşerek H2O(s) moleküllerini oluşturur ve dolayısıyla Ca(OH)2’in çözünmesine destek oluşturur.

Çökelti Oluşumu ve Çözünürlük Tipleri

Az çözünen tuzların hepsinde bir denge vardır. Dengede çözünme ve çökme hızı eşittir. Çözünürlük dengesinin kurulması, katının suda çözünmesiyle olabileceği gibi, çökelek oluşturacak iyonları içeren iki ayrı çözeltinin karıştırılmasıyla da olabilir. Örneğin 0,2 M KCl ve 0,2 M AgNO3 çözeltilerini karıştırdığımızda;

KCl(suda) + AgNO3(suda) AgCl(k) + KNO3(suda)

Tepkimesi olur. Bu tepkimede meydana gelen olayın net denklemini yazalım:

Ag+(suda) + Cl-(suda) AgCl(k)

Dikkat edilirse, denklemde dengeyi göstermek üzere çift yönlü ok kullandık. Çünkü, oluşan AgCl çökeleğinin bir bölümü yeniden iyonlarına ayrışır.

Az çözünen bir tuzun iyonlarını ayrı ayrı içeren iki çözeltinin karıştırılması her zaman çökelek oluşturmayabilir. Çökeleğin oluşabilmesi iyonların molar derişimleri yeterince büyük olmalıdır. İyon derişimleri yeterince büyük değilse az çözünen tuzun doymamış çözeltisi oluşacağından çökme olmaz. Bir çözeltideki iyonların molar derişimlerinin mol katsayılarına bağlı olarak çarpımına iyonlar çarpımı denir ve Qçç ile gösterilir.

AxBy(katı) xA+y(suda) + yB-x(suda)

dengesinin her hangi bir anındaki iyonlar çarpımı;

olur.

Qçç ve Kçç arasındaki ilişkiye göre sistemin denge hali için yargıda bulunulabilir. Yani;

Qçç = Kçç ise; çözünürlük dengesi kurulmuş demektir. Çözelti doygunluğa ulaşmıştır.

Qçç < Kçç ise; çözelti doymamıştır ve çökme olmaz. Qçç = Kçç oluncaya kadar çözünme devam eder.

Qçç > Kçç ise; iyonların derişimleri çarpımı büyük olduğundan aşırı doygunluk vardır.

Qçç = Kçç oluncaya kadar çökme devam edecektir.