10. Sınıf Çözünürlük — Konu Anlatımı

Aynı Isıtma, Çok Farklı Sonuç

İki beherde 100'er g su var. Birine sofra tuzu, ötekine potasyum nitrat (gübre ve barut bileşeni) ekleniyor; iki beher de kademeli olarak ısıtılıyor. 100 g suda çözünebilen en çok miktarlar şöyle ölçülüyor:

Tuz sıcaklığa neredeyse kayıtsız: 60 derecelik artış yalnızca 2,4 g fark yaratıyor. Potasyum nitratta ise aynı artış çözünen miktarı beş katından fazla büyütüyor. Tabloda gördüğünüz her sayı bir çözünürlük değeridir: belirli bir sıcaklıkta 100 g çözücüde çözünebilen en çok madde kütlesi.

Bu tablonun pratik bir sonucu var: potasyum nitrat, sıcakta doyurulup soğutularak kolayca saflaştırılır; tuz bu yolla saflaştırılamaz. Tuz, deniz suyundan buharlaştırmayla elde edilir.

Doymamış, Doymuş, Aşırı Doymuş

Çözünürlük sınırının altındaki çözelti doymamıştır; biraz daha madde çözebilir. Sınıra ulaşan doymuş çözeltide fazla madde dibe çöker.

Dipte katı durduğu için çözünmenin bittiğini düşünmeyin. Katıdan çözeltiye geçen tanecik sayısı, çözeltiden katıya dönenlere eşittir; iki olay aynı hızla sürer. Görünürde bir şey değişmez ama tanecik düzeyinde sürekli bir alışveriş vardır: dinamik denge.

Bazen çözelti sınırın üstünde madde taşır: sıcakta doyurulup sarsılmadan soğutulan çözelti fazlayı hemen bırakmaz. Bu aşırı doymuş çözelti kararsızdır. Cep ısıtıcılarının içinde aşırı doymuş sodyum asetat çözeltisi bulunur; içindeki metal disk bükülünce kristallenme başlar, çözelti birkaç saniyede katılaşır ve ısı verir.

Çözünürlük eğrisi grafiklerinde eğri çizgisinin kendisi, o sıcaklıktaki doymuş çözeltiyi gösterir. Eğrinin altında kalan bölge doymamış çözeltidir. Eğrinin yukarısında kalan bölge ise ya aşırı doymuş çözeltiye ya da "doymuş çözelti + dipte katı" durumuna karşılık gelir.

Ne Değiştirir, Ne Değiştirmez?

Sıcaklık, katılar: çoğunda artış çözünürlüğü artırır (potasyum nitrat gibi). Tuzda etki çok küçüktür; birkaç maddede ise ters yöndedir.

Sıcaklık, gazlar: artış çözünürlüğü azaltır. Isınan su içindeki gaz tanecikleri daha hızlı hareket eder ve sudan kaçar. Havayla dengedeki suda çözünmüş oksijen 0 °C'de litrede yaklaşık 14,6 mg, 20 °C'de 9,1 mg, 30 °C'de 7,6 mg'dır. Sıcak yaz günlerinde sığ göllerde balıkların yüzeye çıkıp soluk alması bu yüzdendir.

Basınç: yalnız gazları etkiler. Gazın basıncı iki katına çıkarsa sudaki çözünürlüğü de yaklaşık iki katına çıkar. Gazoz yüksek basınç altında karbondioksitle doyurulur; kapak açılınca basınç düşer, fazla gaz kabarcık olarak çıkar. Katı ve sıvılarda tanecikler zaten birbirine değdiği için basıncın etkisi ihmal edilir.

Aynı ilke dalgıçları da ilgilendirir. Derinde solunan havanın basıncı yüksek olduğu için kanda normalden çok azot çözünür. Dalgıç hızla yüzeye çıkarsa basınç birden düşer ve fazla azot, açılan gazoz şişesindeki gibi kabarcık oluşturur. "Vurgun" denen bu tehlike yüzünden çıkış yavaş ve duraklamalı yapılır.

Yapı: benzer benzeri çözer. Polar su, tuzu ve şekeri çözer; yağı çözmez.

Etkilemeyenler: karıştırma, tanecik boyutu ve madde miktarı. Toz şeker küp şekerden daha hızlı çözünür, ama iki şekerin çözünürlüğü aynıdır.

Hesaplar: Orantı Her Zaman Çözücüyle

Çözünürlük 100 g çözücü başına tanımlıdır:

$\text{çözünürlük} = \dfrac{m_{\text{çözünen}}}{m_{\text{çözücü}}} \times 100$

1. 250 g su en çok 90 g madde çözebiliyorsa çözünürlük $\dfrac{90}{250} \times 100 = 36$ g/100 g sudur.

2. 20 °C'de 100 g suda 20 g $\mathrm{KNO_3}$ çözünmüş. Çözeltiyi doyurmak için kaç gram daha gerekir? $31{,}6 - 20 = 11{,}6$ g.

3. Soğutma. 60 °C'de 200 g suyla hazırlanan doymuş $\mathrm{KNO_3}$ çözeltisi 20 °C'ye soğutuluyor. 60 °C'de çözünen: $2 \times 110 = 220$ g. 20 °C'de çözünebilecek: $2 \times 31{,}6 = 63{,}2$ g. Çöken: $220 - 63{,}2 = 156{,}8$ g.

4. Tuzak: çözelti kütlesi verilirse. 60 °C'deki doymuş $\mathrm{KNO_3}$ çözeltisinden 105 g alınıp 20 °C'ye soğutuluyor. 105 g'ın tamamını su sanmak yanlış olur. 60 °C'de 100 g su + 110 g madde = 210 g çözelti. 105 g bunun yarısıdır: 50 g su ve 55 g madde. 20 °C'de 50 g su $31{,}6 / 2 = 15{,}8$ g tutabilir. Çöken: $55 - 15{,}8 = 39{,}2$ g.

Mini soru: 80 °C'de 50 g suyla hazırlanmış doymuş $\mathrm{NaCl}$ çözeltisi 20 °C'ye soğutulursa kaç gram tuz çöker? $50 \times (38{,}4 - 36{,}0)/100 = 1{,}2$ g. Az çıkması şaşırtmasın; tablo zaten bunu söylüyordu.

Öğrencilerin En Çok Karıştırdığı Yerler

1. Karıştırmanın çözünürlüğü artırdığını sanmak. Karıştırma hızı artırır; sınır değişmez.

2. Gazların da sıcakta daha çok çözündüğünü sanmak. Tam tersi.

3. Orantıda çözelti kütlesini kullanmak. Çözünürlük çözücü başınadır; çözelti kütlesi verilirse önce içindeki suyu bulun.

4. Çözünürlük ile derişimi karıştırmak. Çözünürlük bir üst sınırdır ve maddenin ayırt edici özelliğidir. Derişim ise çözeltide o an bulunan miktardır; doymamış bir çözeltide çözünürlükten küçüktür.

Sınav ipucu: Grafik sorularında önce eksenleri okuyun: dikey eksen "100 g suda gram" mı, "çözelti kütlesinde gram" mı? Sonra soruda geçen sıcaklıkların eğrideki değerlerini okuyup farkı alın; çöken madde bu farktır.

Sık sorulanlar