Konu Anlatımı
Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?
Bir bardak şurup, bir bardak tuzlu su ve bir kova çamaşır suyu, üçü de karışımdır; ancak bu karışımların hepsi aynı düzende değildir. Çözünen maddenin çözücü içinde moleküler düzeyde dağıldığı ve tek bir faz oluşturduğu karışıma çözelti denir. Çözeltiler günlük hayatın en yaygın karışım türü olduğu için kimyada ayrı bir çalışma alanıdır.
Bu konuda önce çözeltinin oluşumunu ve doygunluk kavramını öğreneceğiz. Ardından çözeltinin nicel tanımı olan derişim birimlerini inceleyeceğiz: kütlece yüzde, hacimce yüzde, ppm, molarite ve molalite. Son olarak pratikte en çok karşılaşılan iki işlemi ele alacağız: seyreltme ve iki çözeltinin karıştırılması. Bu iki işlem de tek bir yasa dayanır: çözünmüş maddenin miktarı korunur, değişen şey hacimdir.
Ön Bilgi: Yüzde, Oran ve Hacim
Yüzde, bir büyüklüğün toplam içindeki payını ifade eden birimdir. Kütlece yüzde kütleye, hacimce yüzde hacme göre hesaplanır. Bu iki yüzde bir birinin yerine kullanılamaz; hatta aynı çözelti için ikisi farklı değer verebilir. Bu nedenle soruda hangi yüzdenin sorulduğunu okumak, ilk adımdır.
ppm ise çok düşük derişimleri okunabilir biçimde yazmanın yoludur ve bir milyonla bölme işlemi anlamına gelir. Birim dönüşümlerinde kabul edilen yaklaşım şudur: seyreltik sulu çözeltilerde bir litre suyun kütlesi pratikte bir kilogram kabul edilir. Bu yaklaşım, litre başına miligram olarak verilen derişimi doğrudan ppm değerine çevirir.
Temel Kurallar
Çözünen ile çözücü yer değiştiremez. Çözücü, çözünen maddenin moleküllerini çevreleyen ortamdır ve çözeltide bulunan tür çoğunlukla odak noktasıdır. Suyun birçok çözünende çözücü olduğu gibi bazı çözünenlerin de çözücü gibi davrandığı sistemler vardır.
Çözünme bir tür oluşturmaz. Çözünme sırasında yeni bir madde oluşmaz; yalnızca çözünen tür moleküller hâlinde çözücünün arasına dağılır. Bu nedenle çözünme fiziksel bir süreçtir ve geri alınabilir.
Doygunluk, çözücü kapasitesinin dolmasıyla belirlenir. Doymamış çözeltide daha fazla çözünen eklenebilir, doymuş çözeltide eklenen çözünen çözünmeden kalır, aşırı doymuş çözeltide ise çözünmeyen çözünen madde dibe çöker.
Çözünme hızı ile çözünme miktarı farklıdır. Hız, birim zamanda çözünen miktarıdır; sıcaklık, karıştırma ve tanecik boyutu hızı değiştirir. Miktar ise yalnızca çözücü kapasitesine bağlıdır ve hızlandırmakla artırılamaz.
Derişim birimleri farklı büyüklükleri ölçer. Molarite madde miktarını hacme, molalite madde miktarını çözücü kütlesine böler. İkisinde de çözünen çözünmüş hâlde bulunduğundan sonuçlar birbirine yakın olsa da kavramsal olarak ayrıdır.
Elektrolitler iyonlaşarak çözünür. Suda çözünen iyonik maddeler su moleküllerinin arkasına dizilerek serbest iyonlar hâline gelir; çözelti iletken hâle gelir. Moleküler maddeler ise molekül olarak dağılır ve iletkenlik oluşturmaz.
Kavram Karşılaştırma Tablosu
Aşağıdaki tablo çözelti türlerini ve derişim birimlerini ayırt edici ölçütleriyle karşılaştırır. Bir soruda hangi satırın geçerli olduğunu belirlemek, kullanılacak bağıntının seçilmesini sağlar.
| Kavram | Tanım | Ayırt Edici Ölçüt |
|---|
| Doymamış çözelti | Çözünen sınırına ulaşmamış çözelti | Daha fazla çözünen eklenebilir |
| Doygun çözelti | Çözünen kapasitesi tam olarak dolmuş çözelti | Eklenen çözünen çözünmeden kalır |
| Aşırı doymuş çözelti | Fazla çözünmüş, dengede olmayan çözelti | Çözünmeyen çözünen madde bulunur |
| Kütlece yüzde | Çözünen kütlesinin çözelti kütlesine oranı | Birim gram, gram cinsinden ölçüm |
| Hacimce yüzde | Çözünen hacminin çözelti hacmine oranı | Birim litre, litre cinsinden ölçüm |
| ppm | Bir milyonda kaç parça bulunduğunu gösteren birim | Miligram ile kilogram arasında |
| Molarite | Madde miktarının çözelti hacmine oranı | Birim mol/L, hacim litre |
| Molalite | Madde miktarının çözücü kütlesine oranı | Birim mol/kg, çözücü kilogram |
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Adım 1 — Çözünen ve çözücüyü ayır. Soruda çözünmüş olan madde ile onu çözen ortam ayrı ayrı yazılır. Toplam kütle ya da hacim soruluyorsa bu ikinin toplamı alınır; yalnızca çözünen değil, tüm çözelti üzerinden işlem yapılır.
Adım 2 — Doğru birimi seç. Kütleye dayalı yüzde, hacme dayalı yüzde, ppm, molarite ve molalite birbirinin yerine kullanılamaz. Sorunun istediği büyüklüğün cinsini okumak, kullanılacak bağıntıyı belirler.
Adım 3 — Bağıntıyı yaz ve yerine koy. Kütlece yüzde için çözünen kütlesi toplam kütleye, molarite için madde miktarı hacme bölünür. Molalitede bölen çözücünün kütlesidir ve kilogram cinsinden olmalıdır.
Adım 4 — Seyreltmede madde miktarını koru. Seyreltme ve karıştırma sorularında madde miktarı değişmez. İki derişim için hacimler aynı birimde yazılır, hesap yapılır ve sonuç yeni derişimin hacmiyle karşılaştırılarak denetlenir.
Sık Yapılan Hatalar
Çözelti sorularında en çok puan kaybettiren hatalar şunlardır. Hataların tamamı ya birimin yanlış seçilmesinden ya da çözücü ile çözelti kütlesinin karıştırılmasından kaynaklanır.
- Çözelti kütlesini çözücü kütlesi sanmak: Çözeltinin toplam kütlesi, çözünen ile çözücünün kütlesinin toplamıdır. Yüzde hesabında payda çözücü değil çözelti kütlesi olmalıdır; bu hata sonucu gereğinden büyük gösterir.
- Hacim birimini dönüştürmemek: Molarite hesabında hacmin litre cinsinden olması gerekir. Mililitre verilmişse litreye çevrilmeden bölme yapılırsa derişim yüz kat yanlış çıkar.
- Molalitede gramı kilogram yerine kullanmak: Molalitede bölen çözücünün kütlesidir ve kilogram cinsinden yazılır. Gram değeri doğrudan kullanılırsa sonuç bin kat küçük elde edilir.
- Çözünme hızını çözünme miktarı sanmak: Karıştırmayı artırmak ya da sıcaklığı yükseltmek çözünme hızını artırır, ancak doygunluk noktasına ulaşıldıktan sonra çözünen miktarını artırmaz. Hız ile miktar aynı kavram değildir.
- ppm değerini yüzde ile karıştırmak: ppm, binde değil milyonda bir parça anlamına gelir. Çok düşük derişimleri yüzde olarak yazmak değeri gereğinden çok büyük gösterir.
- Seyreltmede madde miktarını değiştirmek: Seyreltmede su eklenir, çözünen miktarı korunur. Bu nedenle eski derişim ile eski hacmin çarpımı, yeni derişim ile yeni hacmin çarpımına eşittir.
Özet
Çözelti hesabında önce birim, sonra bağıntı, en son madde miktarı korunumu belirleyicidir. Çözünen maddenin çözücü içinde moleküler düzeyde dağılmasıyla oluşan tek fazlı karışıma çözelti denir; çözünme sırasında yeni bir tür oluşmaz. Çözücünün kapasitesi dolduğunda çözelti doymuş, fazlası çözündüğünde aşırı doymuş hâle gelir. Çözünme hızı sıcaklık, karıştırma ve tanecik boyutu ile değişir; çözünme miktarı ise yalnızca çözücü kapasitesine bağlıdır. Derişim kütlece yüzde, hacimce yüzde ve ppm olarak ifade edilebilir; molarite madde miktarını çözelti hacmine, molalite ise çözücü kütlesine böler. Seyreltmede madde miktarı korunur ve yalnızca hacim büyür, bu yüzden iki derişim için hacimlerin çarpımı eşittir. Karıştırmada madde miktarları ve hacimler toplanır. Suda çözünen iyonik maddeler iyonlaştığı için çözelti iletken hâle gelir ve iyon derişimi, madde derişiminden küçük değildir.
Kendi kendine dene: Aşağıdaki dört durumu ayrı ayrı incele ve her biri için çözeltinin türünü, doygunluk durumunu ve bir ölçüm ya da gözlemle nasıl doğrulayabileceğini yaz. (1) Bir bardak suda çay yapraklarının bekletilmesi, (2) Aşırı doymuş şeker çözeltisinin yavaşça soğutulması, (3) Deniz suyunun buharlaştırılarak tuzunun elde edilmesi, (4) Bir çaydanlıkta suyun kaynatılması. Ardından bir litre 0,2 mol/L çözeltinin 500 mL'ye seyreltilmesiyle oluşan derişimi hesapla ve bu sırada çözünen madde miktarının değişip değişmediğini gerekçesiyle açıkla.
Ne Öğreneceğiz
Çözünen ve çözücü kavramlarını tanımak; doygun, doymamış ve aşırı doymuş çözeltileri ayırt etmek; çözünme hızını etkileyen etmenleri değerlendirmek; kütlece yüzde, hacimce yüzde, ppm, molarite ve molalite hesaplarını yapmak ile seyreltme ve iki çözeltinin karıştırılması problemlerini çözmek. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Çözünen ve çözücüyü tanımlayarak çözeltinin oluşumunu açıklar.
- Doygun, doymamış ve aşırı doymuş çözeltileri gerekçesiyle ayırt eder.
- Çözünme hızını etkileyen etmenleri belirleyerek hız değişimini yorumlar.
- Kütlece yüzde, hacimce yüzde ve ppm hesaplarını yapar ve birimlerini doğru yazar.
- Molarite ve molalite hesaplarını yaparak aralarındaki farkı uygulamada gösterir.
- Seyreltme ve karıştırma problemlerini madde miktarı korunumu üzerinden çözer.
- Elektrolitlerin çözünürken iyonlaştığını gerekçesiyle açıklar.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: Şekerli suda şeker ve su hangi sıfatı taşır?
- Şeker suda dağılır ve su molekülleri arasında kalır.
- Dağılan madde çözünen, onu çözen ortam ise çözücüdür.
- Bu nedenle şeker çözünen, su çözücüdür.
Sonuç/cevap: Şeker çözünen, su çözücüdür.
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: Seyreltik bir su çözeltisinde litre başına 0,05 mg madde bulunuyorsa bu değer kaç ppm'dir?
- ppm, miligram ile kilogram arasındaki birim dönüşümüdür.
- Seyreltik sulu çözeltide litre ile kilogram eşit kabul edilir.
- Bu nedenle değer doğrudan ppm karşılığıdır.
Sonuç/cevap: 0,05 ppm
Kendini Dene
Soru: Bir gıda kontrol laboratuvarı, numunedeki tuz içeriğini 250 g/kg olarak raporlamıştır. Bu değerin kütlece yüzde karşılığını hesaplayınız; ppm karşılığını da bulup iki derişim ifadesinin hangisinin bu tür numunelerde daha uygun olduğunu gerekçesiyle tartışınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Kilogram başına gram değerinin yüzde karşılığına geçirildiği ve sonucun yazıldığı görülür (5 puan). Aynı değerin miligram cinsinden karşılığı hesaplanarak ppm karşılığı elde edilir (5 puan). İki ifadenin aynı ölçümü farklı ölçekte gösterdiği ve birimin sonucun okunabilirliğini belirlediği yazılır (5 puan). Çok düşük derişimlerde ppm, yüksek derişimlerde kütlece yüzdenin tercih edildiği gerekçesiyle belirtilir (5 puan).
