Koligatif Özellikler

Bir çözeltide çözünen maddenin niteliğine bağlı olmayan, fakat derişime bağlı olan özelliklere “koligatif özellikler” denir. Koligatif özellikler şunlardır:

1. Çözücünün buhar basıncının düşmesi
2. Kaynama sıcaklığının yükselmesi
3. Donma sıcaklığının alçalması
4. 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 kesirlerine bağlıdır. Raoult 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.

Pçözücü = Xçözücü * Pçözücüo

Pçözücü: Çözeltideki çözücünün kısmi buhar basıncı
Xçözücü: Çözeltideki çözücünün mol kesiri
Pçözücüo: 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=180 g, 25°C’daki Psu: 24 mmHg)

nsu = 360 / 18 = 20 mol
nglikoz = 1080 / 180 = 6 mol

Çözeltideki tek uçucu madde sudur. Bu yüzden çözeltinin, yani suyun buhar basıncı şu şekildedir:

Pçözelti = Psu * Xsu

Pçözelti = 24 mmHg * (20 / (20 + 6)) = 15,48 mmHg olarak bulunur.

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

Kaynama Noktası Yükselmesi

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:

ΔTk = Kk * m * Ts

ΔTk: Kaynama noktası yükselmesi
Kk: Molal kaynama noktası yükselmesi sabiti
m: Çözeltinin molal kitle kesiri
Ts: Tanecik sayısı (Formüldeki iyon sayısı)

Örnek Soru:

50,5 gram KNO3 katısının 500 gram suda çözülmesiyle oluşan çözeltinin 1 atmosfer basınçta kaynamaya başlama sıcaklığı kaç derece olur? (K: 39, N: 14, O: 16, Kk: 0,52°C/m)

Çözüm:

nKNO3 = 50,5 / 101 = 0,5 mol
çözücü m = 500 g = 0,5 kg
ΔTk = Kk * m * Ts = 0,52 * 0,5 / 0,5 * 2 = 1,04

100 + 1,04 = 101,04°C olur.

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

Donma Noktası Alçalması

Saf sıvıların sabit basınçta belirli bir donma sıcaklığı vardır, ancak çözeltilerin donma sıcaklıkları böyle sabit değildir. Çözeltiler, saf çözücülerden daha düşük sıcaklıklarda donarlar ve bu alçalma, çözeltinin içerdiği taneciklerin sayısına bağlı olarak değişir.

Donma noktası değişimi, aşağıdaki formülle hesaplanır:

ΔTd = Kd * m * Ts

ΔTd: Donma noktası değişimi
Kd: Molal donma noktası alçalma sabiti
m: Çözeltinin molal kitle kesiri
Ts: Tanecik sayısı (Formüldeki iyon sayısı)

Örnek Soru:

1 atmosfer basınçta 202 gram KNO3 katısının 100 gram suda çözünmesiyle oluşan çözeltinin donma başlangıç sıcaklığı nedir? (KNO3: 101, Kd = 1,86°C/m)

Çözüm:

nKNO3 = 202 / 101 = 2 mol
çözücü m = 100 g = 0,1 kg
ΔTd = Kd * m * Ts = 1,86 * 0,1 * 2
ΔTd = 0,372

0 – 0,372 = -0,372°C olur. (Donma sıcaklığının azaldığı için 0’dan çıkarılır.)

Ozmotik Basınç

Suyun yarı geçirgen bir zar (membran) aracılığıyla, düşük derişimden yüksek derişime doğru çözücü hareketine ozmoz denir.

Ozmozda, yüksek derişime sahip bir ortam, düşük derişimli ortamdaki çözücüyü emme kuvveti ile çeker. Bu emme kuvveti ozmotik basınç olarak adlandırılır. Ozmotik basınç, yüksek derişimli ortamın derişimi arttıkça artar.

Hücre dışı ortam, hücre içinden daha yüksek derişime sahipse, ozmoz olayı hücre dışına doğru gerçekleşir. Bu durumda hücre büzülür ve plazmoliz olur. Hücre dışındaki çözelti hücre içine göre hipertonik olarak adlandırılır.

Hücre içi, hücre dışından daha yüksek derişime sahipse, ozmoz olayı hücre içine doğru gerçekleşir. Bu durumda hücre şişer. Bu tür bir çözeltiye hipotonik denir.

Hücre içi ve hücre dışı derişimleri eşitse, çözelti izotonik olarak adlandırılır ve ozmoz olayı gerçekleşmez. Ancak madde giriş çıkışı devam edebilir, ancak yoğunluk değişmez.