Koligatif Özellikler

Koligatif özellikler, esas olarak çözünmüş tanecik sayısına bağlı olan, taneciklerin ne olduğuna çok bağlı olmayan çözelti özellikleridir. Genel kimyada kullanılan standart bağıntılar en iyi seyreltik çözeltiler için çalışır ve çoğu zaman çözünenin uçucu olmadığını varsayar.

Aklınızda tek bir fikir kalacaksa şu olsun: çözünen tanecikler eklemek, çözücü moleküllerinin kaçmasını, donmasını veya bir zardan geçmesini ne kadar kolay yaptığını değiştirir. Bu yüzden buhar basıncı azalır, kaynama noktası yükselir, donma noktası düşer ve ozmotik basınç ortaya çıkar.

Dört Koligatif Özellik

Dört temel koligatif özellik; buhar basıncının düşmesi, kaynama noktasının yükselmesi, donma noktasının düşmesi ve ozmotik basınçtır.

Buhar Basıncının Düşmesi

Uçucu olmayan bir çözünen içeren ideal bir çözelti için Raoult yasası şöyle verilir:

$$P_{\text{solution}} = X_{\text{solvent}} P^0_{\text{solvent}}$$

Burada $X_{\text{solvent}}$ çözücünün mol kesri, $P^0_{\text{solvent}}$ ise saf çözücünün buhar basıncıdır. Çözünen eklemek $X_{\text{solvent}} < 1$ yaptığı için, çözeltinin buhar basıncı saf çözücününkinden daha düşüktür.

Kaynama Noktasının Yükselmesi

Seyreltik bir çözelti için,

$$\Delta T_b = i K_b m$$

Kaynama noktası yükselir; çünkü çözeltinin buhar basıncının dış basınca eşit olması için daha fazla ısıtılması gerekir.

Donma Noktasının Düşmesi

Seyreltik bir çözelti için,

$$\Delta T_f = i K_f m$$

Donma noktası düşer; çünkü çözünmüş tanecikler çözücünün düzenli katı yapıyı oluşturmasını zorlaştırır.

Ozmotik Basınç

Seyreltik bir çözelti için,

$$\pi = i M R T$$

Ozmotik basınç, yarı geçirgen bir zar boyunca çözücünün net akışını durdurmak için gereken basınçtır.

Bu bağıntılarda $i$ van't Hoff faktörü, $m$ molalite, $M$ molarite, $K_b$ ve $K_f$ ise çözücüye bağlı sabitlerdir.

Tanecik Sayısı Neden Önemlidir?

Glikoz gibi bir nonelektrolit genellikle çözeltide bütün moleküller halinde kalır; bu yüzden 1 mol glikoz yaklaşık 1 mol çözünmüş tanecik verir. Sodyum klorür gibi bir elektrolit ise iyonlarına ayrıştığı için daha fazla tanecik oluşturabilir.

Bu nedenle, farklı çözünenlerin eşit miktarları her zaman eşit koligatif etki vermez. Giriş düzeyi sorularda tanecik sayısı genellikle van't Hoff faktörü $i$ ile hesaba katılır. Gerçek çözeltilerde, özellikle daha yüksek derişimlerde, gerçek etki basit ideal tahminden farklı olabilir.

Çözümlü Örnek: Donma Noktasının Düşmesi

Diyelim ki suda $0.50\ \mathrm{m}$ derişiminde bir glikoz çözeltisi hazırlıyorsunuz. Su için,

$$K_f = 1.86\ ^\circ\mathrm{C\, m^{-1}}$$

Glikoz bu bağlamda bir nonelektrolit olduğu için,

$$i = 1$$

şeklinde alınır.

Şimdi donma noktası değişimini hesaplayın:

$$\Delta T_f = i K_f m = (1)(1.86)(0.50) = 0.93\ ^\circ\mathrm{C}$$

Saf su $0.00\ ^\circ\mathrm{C}$'de donar, dolayısıyla yeni donma noktası

$$0.00 - 0.93 = -0.93\ ^\circ\mathrm{C}$$

olur.

Yani bu çözelti

$$-0.93\ ^\circ\mathrm{C}$$

sıcaklıkta donar.

Bu örnek temel fikri gösterir: değişimin büyüklüğü tanecik sayısından gelir. Aynı molaliteyi koruyup daha fazla tanecik oluşturan bir çözünen kullansaydınız, donma noktası düşüşü daha büyük olurdu.

Koligatif Özelliklerde Sık Yapılan Hatalar

Formülleri Uygun Olmayan Koşullarda Kullanmak

Standart koligatif formüller en güvenilir şekilde seyreltik çözeltiler için çalışır. Çözelti derişikse veya ideal davranıştan güçlü biçimde sapıyorsa, basit formüller daha az doğru sonuç verir.

Formül Birimleriyle Tanecikleri Aynı Şey Sanmak

Çözünmüş 1 mol formül birimi her zaman çözünmüş 1 mol tanecik demek değildir. Elektrolitler iyonlarına ayrılabildiği için, aynı derişimdeki bir nonelektrolite göre koligatif etki daha büyük olabilir.

Molalite ile Molariteyi Karıştırmak

Kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası düşmesi için standart formüller molalite kullanır. Ozmotik basınç ise yaygın seyreltik çözelti biçiminde molarite kullanır.

Her Çözünenin Uçucu Olmadığını Varsaymak

Buhar basıncının düşmesiyle ilgili basit açıklama, çözünenin anlamlı ölçüde buharlaşmadığı durumda en nettir. Her iki bileşen de uçucuysa, daha dikkatli bir modele ihtiyaç vardır.

Koligatif Özellikler Nerelerde Karşımıza Çıkar?

Koligatif özellikler antifrizde, yollara tuz atılmasında, gıda korumada, hücrelerin su dengesinde, ters ozmozda ve bazı molar kütle ölçümlerinde karşımıza çıkar. Hepsinin temelinde aynı fikir vardır: çözünmüş tanecikler, çözücünün bir bütün sistem olarak nasıl davrandığını değiştirir.

Benzer Bir Soru Deneyin

Suda $1.00\ \mathrm{m}$ derişiminde bir glikoz çözeltisi için kendi çözümünüzü deneyin. Aynı $K_f = 1.86\ ^\circ\mathrm{C\, m^{-1}}$ değerini kullanın ve yeni donma noktasını bulun. Ardından tanecik sayısı ilişkisini doğrudan görmek için bunu $0.50\ \mathrm{m}$ durumu ile karşılaştırın.