Gazların Sıvılarda Çözünürlüğü, Sıvıda Katı ve Sıvıda Sıvı

Çözünürlük Nedir?

    Belirli bir sıcaklıkta bilinen bir miktarda çözücü içinde çözünebilen maksimum çözünen madde miktarı çözünürlüğüdür. 

    Bir çözelti, bir çözücü içinde bir veya daha fazla çözünen maddenin homojen bir karışımıdır. Bir fincan çay veya kahveye eklenen küp şekerler, yaygın bir çözüm örneğidir. Şeker moleküllerinin çözünmesine yardımcı olan özellik çözünürlük olarak bilinir. Bu nedenle, çözünürlük terimi, belirli bir çözücü içinde çözünecek bir maddenin ( çözünen ) bir özelliği olarak tanımlanabilir. Bir çözünen, katı veya sıvı veya bir çözücü içinde çözünmüş gaz olabilen herhangi bir maddedir.

Çözünürlük Ürünü

    Çözünürlük ürünü terimi genellikle idareli çözünür tuzlar için geçerlidir. Bileşiğin ayrışması nedeniyle üretilen iyonların ( uygun güçlerine yükseltilmiş ) molar konsantrasyonunun maksimum ürünüdür.

    Belirli bir sıcaklıkta çözünürlük ürünü sabittir. Çözünürlük ürününün değeri ne kadar düşükse, daha düşük çözünürlüğü ve çözünürlük ürününün daha yüksek değeri daha fazla çözünürlüğü gösterir.

    Çözünürlük temelinde, çözünürlüğü etkileyen faktörler çözünen maddenin durumuna göre değişir:

1. Sıvıların İçindeki Sıvılar
2. Sıvılardaki Katılar
3. Sıvılardaki Gazlar

1. Sıvıların Sıvılarda Çözünürlüğü

    Su, birkaçı dışında hemen hemen her çözünen maddeyi çözdüğü için evrensel bir çözücü olarak bilinir. Bazı faktörler bir maddenin çözünürlüğünü etkileyebilir.

    Çözünürlük, çözünen moleküller ve çözücü molekülleri arasındaki yeni bağ oluşumudur. Miktar açısından çözünürlük, belirli bir sıcaklıkta bilinen bir çözücü konsantrasyonunda çözünen maksimum çözünen madde konsantrasyonudur. Bir çözücü içinde çözünen çözünen maddelerin konsantrasyonuna bağlı olarak, çözünen maddeler yüksek derecede çözünür, az çözünür veya çözünmez olarak kategorize edilir. 0.1 g veya daha fazla çözünen madde konsantrasyonu 100 ml'lik bir çözücü içinde çözülebilirse, çözünür olduğu söylenir. 0.1 g'ın altındaki bir konsantrasyon çözücü içinde çözülürken, idareli bir şekilde çözünür olduğu söylenir. Bu nedenle, çözünürlüğün nicel bir ifade olduğu ve gram/litre ( g/L ) birimi ile ifade edildiği söylenir.

    Çözünürlüğe bağlı olarak, farklı tipte çözeltiler elde edilebilir. Doymuş bir çözelti, belirli bir miktarda çözünen maddenin belirli bir sıcaklıkta bir çözücü içinde tamamen çözünür olduğu bir çözeltidir. Öte yandan, aşırı doymuş bir çözelti, belirli bir konsantrasyon aynı sıcaklıkta çözüldükten sonra çözünen maddenin tuzlanmaya başladığı veya çökeldiği çözeltilerdir.

Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler:

    Bir maddenin çözünürlüğü, o maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır. Buna ek olarak, onu manipüle edebilecek birkaç koşul vardır. Sıcaklık, basınç ve parçacıklar arasındaki bağ türü ve kuvvetler bunlar arasında azdır.

• Sıcaklık:

  Sıcaklığı değiştirerek bir çözünen maddenin çözünebilir özelliğini artırabiliriz. Genel olarak su, çözünen maddeleri 20°C veya 100°C'de çözer. Az çözünür katı veya sıvı maddeler, sıcaklığın arttırılmasıyla tamamen çözülebilir. Ancak gaz halindeki madde söz konusu olduğunda, sıcaklık çözünürlüğü ters yönde etkiler, yani sıcaklık arttıkça gazlar genişler ve çözücülerinden kaçar.

• Kuvvetler ve Bağlar:

  Gibi, benzer şekilde çözülür. Moleküller arası kuvvetlerin ve bağların türü her molekül arasında değişir. İki farklı madde arasındaki çözünürlük şansı, benzer maddelerden daha zordur. Örneğin, su, etanol gibi bir polar çözünen maddenin kolayca çözünür olduğu polar bir çözücüdür.

• Basınç:

  Gaz halindeki maddeler, katı ve sıvılara göre basınçtan çok daha fazla etkilenir. Gazın kısmi basıncı arttığında, çözünürlük şansı da artar. Soda şişesi, CO₂'nin yüksek basınç altında şişelendiği yerlere bir örnektir.

2. Katıların Sıvılarda Çözünürlüğü

    Katı çözünürlüğün, çözücünün yanı sıra çözünen maddenin doğasına da bağlı olduğu gözlemlenmiştir. Şeker, tuz ( NaCl ) vb. maddelerin suda kolayca çözündüğünü, naftalin gibi maddelerin ise suda çözünmediğini sıklıkla görürüz. Çeşitli gözlemlerden ve deneysel sonuçlardan, sadece polar çözünen maddelerin polar çözücü içinde çözünme eğiliminde olduğu ve polar olmayan çözücülerin yalnızca polar olmayan çözünen maddeleri çözündüğü görülmüştür. Bu nedenle, çözücünün doğası, çözünürlüğü etkileyen önemli faktörlerden biri olarak görülebilir. Yukarıdaki gözlem, benzer şekilde çözülür, yani polar çözücüler polar çözünen maddeleri çözer ve polar olmayan çözücüler polar olmayan çözünen maddeleri çözer ifadesine yol açmıştır.

    Şimdi bir katının bir çözücü içinde çözündüğü süreci anlayalım. Bir çözücüye katı bir çözünen madde eklendiğinde, çözünen parçacıklar çözücü içinde çözünür ve bu işlem çözünme olarak bilinir. Çözelti içerisinde bulunan çözünen parçacıklar birbirleri ile çarpışır ve bu parçacıkların bir kısmı çözelti dışına ayrılır, bu işleme kristalleşme denir.

    Bu iki süreç arasında dinamik bir denge durumu kurulur ve bu noktada çözeltiye giren çözünen moleküllerinin sayısı, çözeltiyi terk eden parçacıkların sayısına eşit olur. Sonuç olarak, çözeltideki çözünen maddenin konsantrasyonu, belirli bir sıcaklık ve basınçta sabit kalacaktır.

    Belirli bir sıcaklık ve basınçta çözücü içinde daha fazla çözünen maddenin çözünemediği bir çözeltinin, çözelti maksimum miktarda çözünen madde içerdiğinden doymuş bir çözelti olduğu söylenir. Böyle bir çözeltideki çözünen madde konsantrasyonuna, o sıcaklık ve basınçta çözünürlüğü denir. Bir çözeltiye daha fazla çözünen madde eklenebilirse, buna doymamış çözelti denir.

Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler

• Sıcaklığın Etkisi:

  Çözünen ve çözücünün doğasının yanı sıra, sıcaklık da katı çözünürlüğünü önemli ölçüde etkiler. Çözünme süreci endotermik ise, Le Chateliers Prensibine göre sıcaklıktaki bir artışla çözünürlük artmalıdır. Çözünme işlemi ekzotermik ise, katı çözünürlük azalmalıdır.

• Basıncın Etkisi:

  Katı çözünürlük, basınçtaki değişikliklerden neredeyse hiç etkilenmez. Bunun nedeni, katıların ve sıvıların oldukça sıkıştırılamaz olması ve pratik olarak basınçtaki değişikliklerden etkilenmemesidir.

3. Gazların Sıvılarda Çözünürlüğü

    Sıvılarda gaz çözünürlüğü, bir çözücü içinde çözünen gaz kavramı ile ilgilenir. Önce çözünürlüğü tanımlayalım. Herhangi bir madde için çözünürlük, belirli bir sıcaklıkta belirli bir çözücü içinde çözülebilen maksimum çözünen madde miktarıdır. Şimdi endişemiz sıvılarda gaz çözünürlüğüdür. Sıvılardaki gaz çözünürlüğü, sıcaklık ve basıncın yanı sıra çözünen maddenin ve çözücünün doğasından büyük ölçüde etkilenir.

    Normal şartlar altında suda çözünmeyen gazlar varken, suda kolayca çözünen birçok gaz vardır. Oksijen suda çok az çözünürken, HCl veya amonyak suda kolayca çözünür.
 

Çözünürlüğü Etkileyen Faktörler

1. Basıncın Etkisi:

   Sıvılardaki gaz çözünürlüğünün, basıncın artmasıyla arttığı bulunmuştur. Basıncın gaz çözünürlüğü üzerindeki etkisini daha iyi anlamak için, dinamik denge durumunda kapalı bir kapta bir çözücü içinde bir gaz çözeltisi sistemini ele alalım. Şimdi çözelti dengededir ve bu nedenle çözeltiye giren gaz halindeki moleküllerin hızı, çözeltiyi terk eden gaz halindeki moleküllerin hızına eşittir.

   Şimdi, çözeltide bulunan gaz moleküllerini sıkıştırarak sistemin basıncını artırdığımızı varsayalım. Basınçtaki artışın bir sonucu olarak, gaz molekülleri artık daha küçük bir hacimde konsantre olacaktır. Bu, çözeltinin üzerinde bulunan birim hacim başına gaz moleküllerinin sayısında bir artışa neden olacaktır. Çözeltinin üzerinde bulunan gaz moleküllerinin sayısı arttığından, gaz moleküllerinin çözeltiye girme hızı da artacaktır. Sonuç, yeni bir denge noktasına ulaşılana kadar çözeltideki gaz moleküllerinin sayısında bir artıştır. Böylece gazların çözünürlüğü, çözeltinin üzerindeki bir gazın basıncındaki artışla artar.

   2. Gazların sıvılardaki çözünürlüğü –

   Henry Yasası, bir sıvıdaki basınç ve gaz çözünürlüğü arasında nicel bir ilişki verir. Açıklamada şu ifadelere yer verildi:

   Bir gazın bir sıvı içindeki çözünürlüğü, sıvı veya çözelti yüzeyinin üzerinde bulunan gazın kısmi basıncı ile doğru orantılıdır. 

   Henry Yasasını kullanmanın en genel yolu, bir gazın bir çözelti üzerindeki kısmi basıncının, çözeltideki gazın mol fraksiyonu ile orantılı olmasıdır. 

   P = K_Hx

   Nerede,

   p = gazın kısmi basıncı

   x = çözeltisindeki gazın mol fraksiyonu

   K_H = Henry yasası sabiti

   3. Sıcaklığın Etkisi:

   Sıvılardaki gaz çözünürlüğünün, sıcaklığın artmasıyla azaldığı bulunmuştur. Bir sıvıdaki gaz molekülleri, çözünme işlemi ile çözülür. Bu işlem sırasında ısı ortaya çıkar. Le Chatelier İlkesi'ne göre, bir sistemin dengesi bozulduğunda, sistem kendini dengedeki değişikliğe neden olan etkiye karşı koyacak şekilde yeniden ayarlar. Bu nedenle, çözünmenin ekzotermik bir süreç olduğunu bildiğimiz için, Le Chatelier İlkesini doğrulamak için sıcaklığın artmasıyla çözünürlüğün azalması gerekir.

Sıkça Sorulan Sorular – ( SSS )

1. Çözünürlük testi neden önemlidir?

    Bilinmeyen bir bileşiğin boyutu ve polaritesi ve temel veya asidik fonksiyonel grupların varlığı, çözünürlük ölçüleri ile çıkarılabilir. Bir bileşiğin sulu asit veya baz içindeki çözünürlüğü, bileşiğin iyonlaşmasını ve dolayısıyla kimyasal bir reaksiyonu gerektirir.

2. Çözünürlüğe ne sebep olur?

    Genellikle, belirli bir çözünen maddenin belirli bir çözücü içindeki çözünürlüğü sıcaklığa bağlıdır. Çözünürlük, sıvı suda çözünen birkaç katı için yükselen sıcaklığa eşit olma eğilimindedir. Su molekülleri ısındıkça daha hızlı titreşirler ve çözelti ile daha iyi iletişim kurabilir ve çözeltiyi ayırabilirler.

3. pH çözünürlüğü etkiler mi?

    Çözünen maddenin çözünürlüğü, sulu bir çözeltinin pH'ını etkileyebilir. Çözeltinin pH'ı, belirli bir molekül tarafından net elektrik yükü taşınmayacak şekildeyse, çözelti ayrıca minimum çözünürlüğe sahiptir ve çözeltiden çökelir.

4. Sıcaklık çözünürlüğü etkiler mi?

    Sıvı suda çözünen bazı katılar için çözünürlük sıcaklıkla artar. Daha yüksek sıcaklık kinetik enerjisindeki artış, çözücü moleküllerinin, moleküller arası çekimler tarafından bir arada tutulan çözünen molekülleri daha etkili bir şekilde parçalamasına yardımcı olur.

5. Sıcaklık ve basınç çözünürlüğü nasıl etkiler?

    Bu reaksiyonda, basınçta bir artış ve sıcaklıkta bir artış daha fazla çözünürlüğe katkıda bulunur. Kısmi basıncı azaltmak için, basınçtaki bir artış, sıvıya daha fazla gaz parçacığının girmesine neden olur. Bu nedenle çözünürlük artacaktır.