Karışımlar Konu Anlatımı

Konu anlatımı notları

1. Karışımların Doğası ve Çözünme Süreci

   Birden fazla saf maddenin kimyasal özelliklerini kaybetmeden rastgele oranlarda bir araya gelmesiyle oluşan sistemlere karışım denir. Karışımlar, bileşenlerin faz dağılımına göre homojen (çözelti) ve heterojen (süspansiyon, emülsiyon, aerosol ve kolloid) olarak iki ana sınıfta incelenir.

   Çözünme olayı, termodinamik açıdan Gibbs serbest enerji değişimi ile kontrol edilir. Çözünmenin kendiliğinden gerçekleşmesi için serbest enerji değişiminin negatif olması gerekir. Bu süreç üç basamakta açıklanır:

   • Çözünen taneciklerinin ayrılması: Tanecikler arası çekim kuvvetlerinin yenilmesi için enerji gerekir (endotermik).
   • Çözücü taneciklerinin birbirinden uzaklaşması: Çözücü moleküllerinin açılması için enerji gerekir (endotermik).
   • Solvasyon (veya hidratasyon): Çözücü ile çözünen tanecikleri arasında yeni etkileşimlerin kurulmasıdır (ekzotermik).

   Benzer benzeri çözer ilkesi uyarınca, moleküller arası etkileşim türleri (London kuvvetleri, dipol-dipol, hidrojen bağı ve iyon-dipol) birbirine yakın olan maddeler birbiri içinde yüksek oranda çözünür.

   Derişim Türleri ve İdeal Çözeltiler

   Belirli bir miktar çözücü ya da çözelti içinde bulunan çözünen madde miktarı derişim olarak adlandırılır. İleri düzey kimyasal hesaplamalarda yaygın olarak kullanılan derişim birimleri şunlardır:

   • Molarite (M): Bir litre çözeltide çözünmüş maddenin mol sayısıdır. Sıcaklıkla hacim değiştiği için molarite sıcaklığa bağlıdır.
   • Molalite (m): Bir kilogram (1000 g) çözücüde çözünmüş olan maddenin mol sayısıdır. Kütle sıcaklıktan bağımsız olduğu için sıcaklık değişimli hesaplamalarda molalite tercih edilir.
   • Mol Kesri (X): Bir bileşenin mol sayısının, karışımdaki tüm bileşenlerin toplam mol sayısına oranıdır.
   • Kütlece Yüzde ve ppm: Çözünen kütlesinin toplam çözelti kütlesine oranıdır; çok seyreltik çözeltiler için milyonda bir kısım (ppm) kullanılır.

   Çözücü-çözücü, çözünen-çözünen ve çözücü-çözünen etkileşimlerinin büyüklük olarak birbirine eşit olduğu, karışma entalpisinin ve hacim değişiminin sıfır olduğu çözeltilere ideal çözelti denir. Gerçek çözeltilerde ise moleküller arası çekim ya da itme kuvvetleri nedeniyle ideal davranıştan sapmalar gözlenir.

   Tanecik Derişimine Bağlı Özellikler

   Çözeltide bulunan çözünmüş taneciklerin kimyasal türüne değil, yalnızca ortamdaki toplam tanecik derişimine bağlı olan fiziksel özelliklere koligatif özellikler denir.

   Buhar Basıncı Alçalması (Raoult Yasası)

   Uçucu olmayan bir katı çözüldüğünde, yüzeydeki çözücü molekülü sayısı azalır ve çözücünün buhar basıncı saf haline göre düşer. İdeal çözeltilerde çözücünün kısmi buhar basıncı, saf çözücünün buhar basıncı ile o çözücünün mol kesrinin çarpımına eşittir.

   Kaynama Noktası Yükselmesi (Ebüliyoskopi)

   Buhar basıncının düşmesi sonucunda çözeltinin buhar basıncının açık hava basıncına ulaşabilmesi için daha yüksek sıcaklık gerekir. Kaynama noktasındaki yükselme miktarı; kaynama noktası yükselme sabiti, molalite ve Van 't Hoff faktörünün (tanecik sayısı katsayısı) çarpımı ile orantılıdır.

   Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi) ve Osmoz

   Çözeltilerde tanecikler çözücünün kristal kafes yapısı oluşturmasını zorlaştırarak donma noktasını düşürür. Yarı geçirgen bir zardan çözücü moleküllerinin seyreltik ortamdan derişik ortama geçişine ise osmoz denir; bu geçişi durdurmak için uygulanması gereken basınca osmotik basınç adı verilir.

   Bileşenlerin Fiziksel Yöntemlerle Ayrılması

   Karışımları oluşturan maddelerin fiziksel özellik farklarından yararlanılarak saflaştırma ve ayırma işlemleri gerçekleştirilir:

   • Kaynama Noktası Farkı: Sıvı-sıvı homojen karışımlarda kaynama noktaları birbirine yakın olan bileşenler fraksiyonlu damıtma kolonu kullanılarak ayrılır. Ancak sabit kaynama noktasına ve değişmeyen buhar bileşimine sahip azeotropik karışımlar basit veya fraksiyonlu damıtma ile tamamen saflaştırılamaz.
   • Çözünürlük Farkı: Sıcaklıkla çözünürlüğü farklı değişen katıların ayrılmasında ayrımsal kristallendirme, iki faz arasındaki dağılma katsayısı farkından yararlanarak yapılan ayırmada ise ekstraksiyon (özütleme) tekniği kullanılır.
   • Yoğunluk ve Tanecik Boyutu: Dekantasyon, santrifüjleme, yüzdürme (flotasyon) ve diyaliz gibi yöntemler özellikle heterojen ve kolloidal sistemlerin ayrılmasında kritik rol oynar.

   Tüm bu ayırma işlemleri kimyasal değişime yol açmaz; maddelerin saf kimlikleri korunarak faz dengeleri üzerinden ayrım sağlanır.