Çözeltinin Koligatif Özellikleri

Bir çözeltide çözünen maddenin niteliğine bağlı olmayan fakat derişime bağlı olan özelliklere koligatif özellikler denir. Koligatif özellikler;

Çözücünün buhar basıncının düşmesini
Kaynama sıcaklığının yükselmesini
Donma sıcaklığının alçalmasını
Ozmotik basınç olaylarını etkiler.

Buhar Basıncının Azalması

Çözünen derişimi ile çözeltinin buhar basıncı arasındaki ilişki Fransız kimyacı F.M.Raoult tarafından bulunmuştur. Raoult Kanunu olarak ifade edilen bu ilişkiye göre, bir ideal çözeltinin buhar basıncı, uçucu bileşenlerin buhar basınçlarına ve bu bileşenlerin çözeltideki mol kesrine bağlıdır. Raoult (Rault) Yasası çözelti ve çözünen arasındaki ilişkiyi aşağıdaki şekilde açıklamıştır.

Saf suda uçucu olmayan bir katı çözünmesi (şeker, tuz… vb) sonucunda oluşan çözeltide sadece suyun buhar basıncından söz edilebilir. Yani çözeltinin buhar basıncı, suyun çözeltideki buhar basıncına eşittir.

= Çözeltideki çözücünün kısmi buhar basıncı
= Çözeltideki çözücünün mol kesri
= Saf çözücünün buhar basıncı

Örnek Soru

1080 gram glikozun (C₆H₁₂O₆) 25°C’daki 360 gram suda çözünmesiyle hazırlanan çözeltinin buhar basıncı kaç mm Hg’dir? (H₂O=18 g, C₆H₁₂O₆=180g, 25°C’daki P_su: 24 mmHg

Çözüm

Çözeltideki tek uçucu madde sudur. Bu yüzden çözeltinin yani suyun buhar basıncı;

mmHg olarak bulunur.

Eğer çözeltiyi oluşturan çözücü ve çözünenin her ikisi de uçucu ise çözeltinin buhar basıncı (), bileşenlerinin kısmi basınçlarının (, …) toplamına eşittir.

Kaynama Noktası Yükselmesi (Ebülyoskopi)

Kaynama, saf suyun veya çözeltinin buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğunda gerçekleşir. Saf sıvıların belirli basınçta sabit kaynama noktaları vardır. Çözeltilerin kaynama noktaları saf çözücününkinden daha yüksektir ve kaynama sırasında sürekli artar. Çözelti doygunluğa ulaşana kadar bu artış devam eder. Doygunluğa ulaşıldığında sıcaklık sabit kalır.

Kaynama noktası yükselmesi çözeltideki iyon sayısıyla orantılı olduğundan sayısal hesaplamalar yapılırken iyon sayısı da bağıntıda yer alır. İyonik bileşiklerde bağıntı aşağıdaki şekilde yazılır.

= Kaynama noktası yükselmesi
= Molal kaynama noktası yükselmesi sabiti
= çözeltinin molaliletesi
= Tanecik sayısı (Formüldeki iyon sayısı)

Soru

50,5 gram KNO katısının 500 gram suda çözülmesiyle oluşan çözeltinin 1 atmosfer basınçta kaynamaya başlama sıcaklığı kaç derece olur?(K : 39, N : 14, O : 16, K : 0,52°C/m)

Çözüm

100+1,04=101,4 °C olur.

Not: Normal şartlar altında suyun kaynama noktası 100 °C’dir.

Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi)

Saf sıvıların sabit basınçta belli bir donma sıcaklıkları olmasına rağmen çözeltilerin belli bir donma sıcaklıkları yoktur. Çözeltiler saf çözücülerden daha düşük sıcaklıklarda donar. İyon ya da tanecik derişimi arttıkça çözeltinin donma noktası daha da düşer.

Donma noktası değişimi formülü ile hesaplanır. Donma noktası alçalması ölçülerek mol kütlesi belirlenmesi yöntemine kriyoskopi denir.

= Donma noktası alçalması
= Molal donma noktası alçalma sabiti
= çözeltinin molaliletesi
= Tanecik sayısı (Formüldeki iyon sayısı)

Soru

1 atm basınçta 202 gram KNO katısının 100 gram suda çözünmesiyle oluşan çözeltinin donmaya başlama sıcaklığı kaç derecedir? (KNO: 101, K = 1,86°C/m)

Çözüm

mol
(donma sıcaklığının azalması olduğu için 0’dan çıkarılmalıdır.)
0-74,4= -74,4 °C olur.

Ozmotik Basınç

Suyun yarı geçirgen zar (membran) aracılığı ile derişimin düşük (az yoğun) olduğu ortamdan, yüksek (çok yoğun) olduğu ortama doğru geçişine ozmos denir.

Ozmozda, derişimi yüksek olan ortam derişimi düşük olan ortamdaki çözücüye bir emme kuvveti uygular. Bu emme kuvveti ozmotik basınç olarak adlandırılır. Çok yoğun ortamın derişimi ne kadar fazla ise oluşan emme kuvveti yani ozmotik basınç o kadar yüksek olur.

Hücre dışı, hücre içinden daha yoğun ise ozmos olayı hücre dışına olur. Bu durumda hücre büzülür. Hücrenin büzülmesine plazmoliz denir. Bu durumda hücre dışı, hücre içine göre hipertonik çözeltidir.
Hücre içi, hücre dışından daha yoğun ise ozmos olayı hücre içine olur. Bu durumda hücre şişer. Böyle bir çözeltiye hipotonik denir.
Hücre içi derişimi, hücre dışı derişimine eşit ise çözelti izotonik adını alır. Ozmos olayı gerçekleşmez. Ancak yoğunluk değişmeyecek şekilde madde giriş çıkışı olur.

Ters Ozmoz Yöntemiyle Su Arıtımı

Normalde ozmozun gerçekleşmesi için enerji gerekmezken ters ozmoz için derişik çözeltideki suyu seyreltik çözeltiye geçirmek için enerji vermek gerekir. Ters ozmoz suyun arıtım yöntemlerinden biridir. İlk zamanlarda gemilerde deniz suyunu arıtmak için kullanılırken günümüzde birçok yerde kullanılmaktadır.

Ters ozmozda çok küçük gözenekli yarı geçirgen zar kullanılır. Bu zar su moleküllerinin geçmesine izin verirken çözünmüş tuzların, organik maddelerin, bakterilerin çoğunun geçmesini engeller. Delikli bir boru etrafına yarı geçirgen zar sarılır ve boruya basınçlı su verilir. Su, basıncın da etkisiyle gözeneklerden geçerek temiz su bölmesine geçerken diğer maddeler borunun içinde kalır. Bu sistemin iki çıkışı vardır. Delikli borunun sonunda suyla beraber çıkamayan maddeler atık su giderinden çıkar, temiz bölgenin ucunda ise temiz su çıkışı olur.