Issuu on Google+

General Chemistry İlkeler ve Modern Uygulamalar Petrucci • Harwood • Herring 8th Edition

Bölüm 14: Çözeltiler ve Fiziksel Özellikleri Philip Dutton University of Windsor, Canada N9B 3P4 Prentice-Hall © 2002


İçindekiler Çözelti Türleri: Bazı Terimler Çözelti Derişimleri Moleküller Arası Kuvvetler ve Çözünme Çözelti Oluşumu ve Denge Gazların Çözünürlüğü Çözeltinin Buhar Basıncı Osmotik Basınç Elektrolit Olmayan Çözeltilerin Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselesi 14-9 Elektrolit Çözeltiler 14-10 Kolloidal Karışımlar Özel Konu Kromatografi 14-1 14-2 14-3 14-4 14-5 14-6 14-7 14-8

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 2 of 46


14-1 Çözelti Türleri: Bazı Terimler İki ya da daha fazla kimyasal maddenin, bir sıvı içerisinde, herhangi bir oranda bir araya gelerek oluşturdukları homojen karışıma çözelti denir. Diğer bir deyişle, bir maddenin başka bir madde içinde gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler halinde dağılarak, homojen karışım oluşturması olayına çözünme, elde edilen karışıma da çözelti denir. Bileşimi ve özellikleri tek düze olduğu için homojendir. En az iki ve daha çok madde içerdiği için karışımdır. Bir çözeltiyi oluşturan maddelerden genellikle çok olanına çözücü, az olanına da çözünen denir. Doğada birçok çözücü ve çözünen madde vardır. Bilinen en iyi çözücü sudur. Birçok katı, sıvı ve gaz maddeler suda çözünürler. Çay, deniz suyu, kola, mürekkepli su, alkollü su vb. çözeltiye örnek verilebilir. Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 3 of 46


Çözelti türlerini üç ana başlık altında inceleyebiliriz. 1. Çözücünün durumuna göre, Katı-katı; sıvı-sıvı; sıvı-katı; sıvı-gaz; gaz-gaz. 2. Elektrik akımı iletmelerine göre, Kuvvetli elektrolitler, zayıf elektrolitler, elektrolit olmayan çözeltiler 3. Çözünen madde miktarına göre; Doymamış çözeltiler: Bir çözücünün çözebileceği maksimum maddeden daha azını çözdüğü durumdur. Bu tip çözeltilere belli bir miktar daha çözünen atıldığı taktirde, çözücü eklenen çözüneni de çözebilme kapasitesine sahiptir. Doymuş çözeltiler: Çözücünün çözebileceği maksimum maddeyi çözdüğü durumdur. Aşırı doymuş çözeltiler: Çözeltinin maksimum çözebileceği madde miktarından daha fazla madde çözünmüş çözeltilerdir. Kararsızdırlar. Bir miktar çözünen madde çökerek doymuş çözelti haline gelirler. Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 4 of 46


14-1 Çözelti Türleri: Bazı Terimler Derişik çözelti çözünen madde ya da maddeleri daha çok miktarda içeren çözeltidir. Seyreltik çözelti ise miktar olarak az çözünen maddedir. Bir metalin çözücü olduğu katı çözeltilere alaşım denir. Derişim, verilen bir çözücüde ya da çözeltide bulunan çözünen miktarının bir ölçüsüdür.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 5 of 46


Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 6 of 46


14-2 Çözelti Derişimleri • Kütle Yüzdesi. • Hacim Yüzdesi. • Kütle/Hacim Yüzdesi.

(m/m) (v/v) (m/v)

• 5.00 g NaCI ü 95.00 g suda çözersek, 100.0 gramında kütlece % 5.00 NaCI içeren bir çözelti elde ederiz. • - 15.6 C da donan bir antifiriz çözeltisi hacimce % 25.0 metil alkol içeren bir su-metil alkol çözeltisidir. 100 mL lik antifiriz çözeltisi 25.0 mL CH3OH içeriyor demektir.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 7 of 46


10 % Etanol Çözeltisi (v/v)

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 8 of 46


ppm, ppb ve ppt • Çok düşük konsantrasyonları tanımlamak için kullanılan terimlerdir. ppm: milyonda kısım ppb: milyarda kısım ppt: trilyonda kısım

(g/g, mg/L) (ng/g, g/L) (pg/g, ng/L)

Yoğunluğu 1,0 g/mL olan bir çözeltinin 1,0 L’sinde; 1.0 L × 1 mL/1 L × 1.0 g/mL = 1000 g

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 9 of 46


Mol Kesri ve Mol Yüzdesi =

i bileşenin miktarı (mol) Çözeltideki bütün bileşenlerin toplam miktarı (mol) 1 + 2 + 3 + …n = 1 Mol % i = i × 100%

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 10 of 46


Molarite ve Molalite

Molarite (M) =

Molalite (m) =

Prentice-Hall © 2002

Çözünen miktarı (mol)

Çözeltinin hacmi (L)

Çözünen miktarı (mol) Çözücünün kütlesi (kg)

General Chemistry: Chapter 14

Slide 11 of 46


Örnek 14-1 • 10.00 mL etil alkol, C2H5OH, (d=0.789 g/mL), suda çözülüyor ve

hacmi 100.0 mL ye tamamlanarak yoğunluğu 0.982 g/mL olan bir etil alkol-su çözeltisi hazırlanıyor. Bu çözeltide etil alkolün, • a) Hacimce yüzdesi • b) Kütlece yüzdesi • c) Kütle/hacim yüzdesi • d) Mol kesri • e) Mol yüzdesi • f) Molaritesi

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 12 of 46


Çözüm a) Etanolün hacim yüzdesi = (10 mL etanol / 100 mL çözelti) × 100 = % 10 b) Etanolün kütle yüzdesi etanolün kütlesi = 10 mL etanol × (0,789 g / 1,0 mL) = 7,89 g etanol Çözeltinin kütlesi = 100 mL çözelti × (0,982 g / 1,0 mL) = 98,2 g çözelti % etanol (kütle) = (7,89 g etanol / 98,2 g çözelti) × 100 = % 8,03 Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 13 of 46


c) Etanolün kütle/hacim yüzdesi

= (7.89 g etanol / 100 mL çözelti) × 100 = % 7.8 d) Etanolün mol kesri (b) de bulunan etanolün kütlesini mol ‘e dönüştürürsek, ? Etanol = 7.89 g etanol (1 mol etanol/46 g etanol) = 0.171 mol etanol

100 mL çözeltide bulunan suyun kütlesini hesaplarsak, 98.2 g çözelti – 7.89 g etanol = 90.3 g su ? mol su = 90.3 g H2O(1mol H2O / 18 g H2O) = 5.01 mol H2O Xetanol = 0.171 mol etanol / (0.171 etanol + 5.01 mol su) Xetanol = 0.0330 Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 14 of 46


e) Etanolün mol yüzdesi Xetanol × 100 = 0.0330 × 100 = % 3.30 f) Etanolün molaritesi (d) de bulunan etanol miktarını çözelti hacmine bölersek 100 mL = 0.100 L

M = (0.171 mol etanol / 0.100L) = 1.71 M etanol

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 15 of 46


14-3 Moleküller Arası Kuvvetler ve Çözünme • Bir otomobilin yakıt deposuna az bir miktar su girerse, sürücü hemen fark edecektir. Çünkü sulu benzin iyi ateşlenmez. Su benzinde çözünseydi bu ateşleme sorunu ortaya çıkmayacaktı. Acaba su benzinle niçin çözelti oluşturmaz? • Bir olayın meydana gelebilmesi sırasında enerji alındığını ya da enerji verildiğini görmüştük.

• Bu bölümde bazı bileşiklerin niçin karışarak çözelti verdiklerini bazılarının ise niçin karışmadıklarını, yani çözelti oluşturmadıklarını enerji alışverişi ile açıklayabiliriz.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 16 of 46


Çözünme Entalpisi Bazı çözeltiler oluşurken çevreye ısı verir, bazıları da çevreden ısı alır. Çözünme entalpisi basit kalorimetreyle kolayca ölçülebilir. Burada sorun, niçin bazı çözeltilerin ekzotermik, bazılarının

endotermik olduğudur.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 17 of 46


Çözünme Entalpisi Çözelti oluşumunu üç aşamalı bir işlem gibi düşünelim. 1. Çözücü molekülleri, çözünen moleküllerini aralarına almak için birbirlerinden uzaklaşarak odacıklar meydana getirmek durumundadır. Bu olay enerji ister.

2. Çözünen molekülleri de, çözücünün oluşturduğu odacıklara dağılmak için birbirlerinden uzaklaşarak odacıklar meydana getirmek durumundadır. Bu olay da enerji ister. Su Bu iki aşamada da enerji değişimi sıfırdan büyüktür. NaCl 3. Çözücü ve çözünen molekülleri birbirlerini çekerek, sıklaşırlar. Bu olay enerji verir. İşte çözünme entalpisi, bu üç olayın entalpi değişimi toplamıdır. Bu toplam enerji pozitif ya da negatif olabilir.


Karışımlarda Moleküller Arası Kuvvetler Aşağıda moleküller arası çekim kuvvetlerinin bağıl büyüklükleri için dört olasılık üzerinde durulacaktır.

1.

Eğer moleküller arası çekim kuvvetleri aynı büyüklükte ise, moleküller gelişigüzel karışır. Bunun sonucu homojen karışım ya da çözelti oluşur. Böyle çözeltilere ideal çözeltiler denir.

2. Farklı moleküller arasındaki çekim kuvvetleri, aynı tür moleküller arasındaki çekim kuvvetlerinden fazla olursa yine çözelti oluşur. Fakat bu tür çözeltilerin özellikleri önceden bilinemez. Bunlar ideal olmayan çözeltilerdir.


3. Çözünen ve çözücü molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, aynı tür moleküller arasındaki kuvvetten biraz küçükse yine tam karışma olur. Fakat oluşan çözelti ideal değildir. Çözeltinin entalpisi saf bileşenlerinkinden daha büyüktür ve çözelti oluşumu endotermiktir. 4. Farklı moleküller arası çekim kuvvetleri benzer moleküller arası kuvvetlerinden çok küçükse, bileşenler ayrı ayrı kalır ve heterojen karışım oluşur.


Karışımda Moleküller Arası Kuvvetler Moleküller arası çekim kuvvetleri şöyle ifade edilir. 1. Çözücü molekülleri arası A–A 2. Çözünen molekülleri arası B–B 3. Çözücü çözünen molekülleri arası A–B


İdeale Yakın Bir Çözeltinin İki Bileşeni

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 22 of 46


İdeal Olmayan Bir Çözelti

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 23 of 46


İdeal Olmayan Bir Çözelti

Aseton ve karbon sülfür molekülleri arasındaki dipol-dipol kuvvetleri, aseton molekülleri arasındaki, dipol-dipol etkileşimlerinden daha zayıftır. Aseton molekülleri, karbon sülfür ile olan çözeltilerinde, saf asetona göre nispeten daha az kararlı olmaktadır. Sonuç olarak aseton-karbon sülfür karışımları ideal olmayan çözeltilerdir. Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 24 of 46


İyonik Çözeltilerin Oluşumu

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 25 of 46


Hidratasyon Enerjisi NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)

ΔHörgü > 0

Na+(g) + xs H2O(l) → Na+(aq)

ΔHhidratasyon < 0

Cl-(g) + xs H2O(l) → Cl-(aq)

ΔHhidratasyon < 0

ΔHçözünme = ΔHhidratasyon - ΔHörgü ΔHçözünme > 0 ΔGçözelti < 0 Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 26 of 46


14-4 Çözelti Oluşumu ve Denge

Doygun

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 27 of 46


Çözünürlük Eğrisi Supersaturated

Prentice-Hall © 2002

Unsaturated

General Chemistry: Chapter 14

Slide 28 of 46


14-5 Gazların Çözünürlüğü • Gazlar sıcaklık arttıkça suda daha az çözünür. • Organik çözeltilerde ise durum tam tersidir.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 29 of 46


Henry Yasası Gazların çözünürlüğü basınç arttıkça artar. C = k Pgaz k=

Pgaz =

C Pgaz

=

C k

Prentice-Hall © 2002

=

23.54 mL 1.00 atm

= 23.54 ml N2/atm

100 mL 23.54 ml N2/atm

= 4.25 atm

General Chemistry: Chapter 14

Slide 30 of 46


Henry Yasas覺

Prentice-Hall 穢 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 31 of 46


14-6 Çözeltilerin Buhar Basınçları Bileşiklerin birbirlerinden ayrılması kimyacıların sık sık karşılaştıkları bir sorundur. Bileşikler uçucu sıvılar ise, ayırma genellikle damıtma ile yapılır. Damıtma işleminin nasıl olduğunu anlayabilmemiz için çözeltilerin buhar basınçları hakkında bilgi sahibi olmamız gerekir. Çözeltilerin buhar basınçları ile ilgili bilgiler kaynama noktaları, donma noktaları ve osmotik basınçları hakkında da bize yardımcı olur.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 34 of 46


Şimdi, çözücüsü A, çözüneni B olan iki bileşenli bir çözeltiyi ele alalım, fransız kimyacı F. M. Raoult 1880 ler de. bir çözünenin, çözücünün buhar basıncını düşürdüğünü buldu. Raoulf un saptadığı hu duruma göre. ideal bir çözeltide çözücünün buhar basıncı. PA verilen bir sıcaklıkta saf çözücünün buhar basıncı PoA ile çözücünün çözeltideki mol kesrinin XA çarpımına eşittir. Bu yasaya Raoult yasası denir.


•Roault, 1880 de; –Çözünen maddeler çözücünün buhar basıncını azaltır. –İdeal bir çözeltide, çözücü moleküllerinin oluşturduğu buhar basıncı, çözeltideki çözücünün mol kesri ve saf çözücünün buhar basıncı çarpımına eşittir. PA = A P°


Örnek 14-6 İdeal Çözeltilerde Buhar basınçlarının Bulunması. Saf benzen ve toluenin 25 °C da buhar basınçları sırayla 95,1 ve 28,4 mmHg dır. Benzen ve toluenin her ikisinin de mol kesirlerinin 0.500 olduğu bir çözelti hazırlanıyor. Bu çözeltide benzen ve toluenin kısmi basınçları nedir. Toplam buhar basıncı nedir. Pbenzen = benzen× P°benzen = 0.500 × 96.1 mmHg = 47.6 mmHg Ptoluen = toluen × P°toluen = 0.500 × 28.4 mmHg = 14.2 mmHg Ptoplam = Pbenzen + Ptoluen = 61.8 mmHg

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 38 of 46


Örnek 14-7 Sıvı Çözeltisi Hesaplanması.

İle

Dengede

Olan

Buhar

Bileşiminin

Örnek 14-6 daki benzen-toluen çözeltisiyle dengede olan buharın bileşimi nedir? Kısmi basınç ve mol kesirlerinden:

/

/

benzen = Pbenzen Ptoplam = 47.6 mmHg 61.89 mmHg = 0.770

/

/

toluen = Ptoluen Ptoplam = 14.2 mmHg 61.89 mmHg = 0.230

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 39 of 46


Örnek 2.1 a)% 20 mol n-hekzan ve % 80 mol n-oktan içeren çözeltinin (Rault Kanuna uyan) 90 °Cdeki buhar basıncını hesaplayınız. Saf bileşenlerin 90 °Cdeki buhar basınçları sırasıyla 1390 mmHg ve 253 mmHg'dir. b)90 °C'de kaynayan n-hekzan/n-oktan çözeltisinin bileşimi nedir? Çözüm:

a) Ptoplam = Phek. + Pokt. =Phek Xhek + P ok. Xok = 1390 x 0.20 + 253 x 0.80 = 480 mmHg b) Ptoplam = 760 = P°hek. Xhek + P°okk. Xok = 1390 Xhek + 253(1- Xhek) 760-253 Xok = = 0.446 (% 44.6 mol n-hekzan) 1390-253 Xokt=:l- Xhek=l -0.446 10.554 (% 55.4 mol n-oktan)


Liquid-Vapor Equilibrium

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 41 of 46


Fractional Distillation

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 42 of 46


Fractional Distillation

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 43 of 46


Non-ideal behavior

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 44 of 46


14-7 Osmotic Pressure

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 45 of 46


Osmotic Pressure Elektrolit çözeltilerinin seyreltilmesi için ozmotik basınç aşağıdaki formülden hesaplanır:

πV = nRT n π= RT = M RT V

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 46 of 46


Osmotic Pressure Hypertonic > 0.92% m/V crenation

Isotonic Saline 0.92% m/V

Hypotonic > 0.92% m/V rupture

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 47 of 46


Reverse Osmosis - Desalination

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 48 of 46


14-8 Elektrolit Olmayan Çözeltilerde Donma Noktası Alçalması ve Kaynama Noktası Yükselmesi • Çözünenin bulunması durumunda çözeltinin buhar basıncı azalır. – Bu durum kaynama noktası içinde geçerlidir. – Donma noktası da bundan etkilenir ve donma noktası düşer.

• Tanecik Özelliği. – Çözeltide bulunan taneciklerin sayısı ile ilgilidir.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 49 of 46


Donma Noktası Verilerinden Molekül Formüllerinin Bulunması. Nikotin, tütün yapraklarından özütlenen bir sıvı olup 60 °C in altında, suda her oranda çözünür, (a) -0,450 °C da donan bir sulu çözeltide nikotinin molaritesi nedir? (b) Bu çözelti 48,92 g suda 1,921 g nikotinin çözünmesi ile hazırlanmışsa, nikotinin mol kütlesi (molekül ağırlığı) ne olmalıdır? (c) Yanma analizinde nikotinin %.74,03 C, %8,70 H ve % 17,27 N içerdiği bulunmuştur. Nikotinin molekül formülü nedir?


Buhar Basıncı Azalması

ΔTf = -Kf  m

ΔTb = -Kb  m

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 53 of 46


Pratik Uygulamalar

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 54 of 46


14-9 Elektrolik Çözeltiler • Svante Arrhenius – Nobel Prize 1903. – Elektroliklerin çözündüklerinde iyonlar meydana gelir. – Diyerek tanecik özelliklerindeki anormalliği açıklamıştır. Sudaki 0.0100 m üre ve 0.0100 m NaCl (aq) karışlaştırınız. ΔTf = -Kf · m = -1.86°C m-1 · 0.0100 m = -0.0186°C NaCl deki donma noktası açalması -0.0361°C.


van’t Hoff measured ΔTf i= expected ΔTf

=

0.0361°C

= 1.98

0.0186°C

π = -i × M × RT ΔTf = -i × Kf × m ΔTb = -i × Kb × m

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 56 of 46


Interionic Interactions â&#x20AC;˘ Arrhenius theory does not correctly predict the conductivity of concentrated electrolytes.

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 57 of 46


Debye and Hückel • 1923 – Ions in solution do not behave independently. – Each ion is surrounded by others of opposite charge. – Ion mobility is reduced by the drag of the ionic atmosphere.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 58 of 46


14-10 Colloidal Mixtures

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 59 of 46


Colloids • Particles of 1-1000 nm size. – Nanoparticles of various shapes: rods, discs, spheres. – Particles can remain suspended indefinitly. • Milk is colloidal.

• Increasing ionic strength can cause precipitation.

Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 60 of 46


Dialysis

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 61 of 46


Focus on Chromatography Stationary Phase silicon gum alumina silica Mobile Phase solvent gas

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 62 of 46


Chromatography

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 63 of 46


Chapter 14 Questions Develop problem solving skills and base your strategy not on solutions to specific problems but on understanding.

Choose a variety of problems from the text as examples.

Practice good techniques and get coaching from people who have been here before.

Prentice-Hall Š 2002

General Chemistry: Chapter 14

Slide 64 of 46


kimya