Katıların Sıvılar İçindeki Çözeltileri
Katıların sıvılar içinde çözünmesi, hem katı hem de sıvının kimyasal yapısı ile yakın ilişkilidir.
Ayrıca sıcaklık değişimi katının çözünürlüğünü önemli ölçüde etkileyebilen önemli bir parametredir.
Basınçta çözünürlük üzerine sıcaklık kadar olmasa da etkilidir. Bazı maddelerin sıcaklığa bağlı sudaki çözünürlükleri Tablo 1 de verilmiştir.
Tablo 1 : Sıcaklığa bağlı olarak bazı tuzların 1000 g sudaki çözünürlük miktarları gram olarak ve molaliteleri parantez içinde verilmiştir.
| Katı |
\rm 0 ^oC |
\rm 20 ^oC |
\rm 40 ^oC |
\rm 60 ^oC |
\rm 100 ^oC |
| \rm NH_4Cl |
294 (5.50) |
372 (6.95) |
458 (8.56) |
552 (10.3) |
773 (14.5) |
| \rm CaSO_4 \cdot 2H_2O |
1.76 (0.010) |
--- |
2.10 (0.012) |
2.05 (0.012) |
1.62 (0.009) |
| \rm CuSO_4 \cdot 5H_2O |
143 (0.573) |
207 (0.830) |
285 (1.14) |
400 (1.60) |
754 (3.02) |
| \rm KCl |
276 (3.70) |
340 (4.56) |
400 (5.37) |
455 (6.10) |
567 (7.61) |
| \rm KNO_3 |
133 (1.32) |
316 (3.13) |
639 (6.32) |
1100 (10.88) |
2460 (24.33) |
| \rm AgNO_3 |
1220 (7.182) |
2220 (13.07) |
3760 (22.14) |
5250 (30.91) |
9520 (56.04) |
| \rm NaCl |
357 (6.11) |
360 (6.16) |
366 (6.26) |
373 (6.38) |
398 (6.81) |
| \rm Na_2SO_4 |
--- |
--- |
488 (3.44) |
453 (3.19) |
425 (2.99) |
Tablo 1 den de görüldüğü gibi bazı katıların sudaki çözünürlükleri sıcaklıkla artarken, bazılarının düşmektedir.
Bunun nedeni katıların çözünme entalpilerinde gizlidir.
Çözünmeleri ekzotermik olan katı maddelerin çözünürlükleri sıcaklık ile artarken,
endotermik olan maddelerin çözünürlükleri sıcaklık artışı ile artar.
Katıların çözücü içindeki aktiflikleri Van't Hoff eşitliği hesaplanabilir.
İçerisinde katı madde bulunan doygun bir çözelti içerisindeki çözünmüş olan maddenin katı üzerinde birikme hızı ile katının
çözünme hızının birbirine eşit olduğu kabul edilebilir.
Çözünmüş katı moleküllerinin çözücü moleküllerinden kurtularak çökme hızı için;
\rm \nu _{Çökme \; Hızı} = A_1a_1 e^{- { E_1\over RT } }
eşitliği yazılabilir. Burada \rm A_1; sabit bir sayı, \rm a_1; çözünmüş maddenin çözelti içindeki molal aktifliği,
\rm E_1; çöken molekülün çözücü moleküllerinden kurtulabileceği minimum enerjiyi göstermektedir.
Katı içindeki moleküllerin çözünebilmesi için ise;
\rm \nu _{Çözünme \; Hızı} = A_2a_2 e^{- { E_2\over RT } }
eşitliği yazılabilir. Burada \rm A_2; sabit bir sayı, \rm a_2; katı içindeki çözünen maddenin molal aktifliği,
\rm E_2; katı içindeki moleküllerin katı şebeke içindeki kuvvetlerden kurtulmaları için gereken
minimum enerjiyi göstermektedir.
Denge anında iki hız birbirine eşit olacağından, doygun fazdaki çözünen maddenin aktifliği için
\rm a_1= \big( { k_2 \over k_1 }\big) a_2 e^{- { E_1 - E_2\over RT } }
Çözünme entalpisi için
\rm \Delta H _ç = E_1 - E_2
yazılırsa, \rm a_1 için
\rm a_1 = A_3 e^{- { \Delta H _ç \over RT } }
eşitliği elde edilebilir. Her iki tarafın logaritması alınır ve T ye göre türevi alınırsa van't Hoff Eşitliği elde edilir.
\rm {d lna_1 \over dT} = { \Delta H _ç \over RT^2 }
Böylece
\rm ln a = -{ \Delta H _ç \over R } {1 \over T} + Sabit
İki farklı sıcaklık için çözünürlük değişimi için;
\rm ln {a_{T_2} \over a_{T_1} } = -{ \Delta H _ç \over R } \Big( { 1 \over T_2 } - { 1 \over T_1 } \Big)
yazılabilir. Eşitlik yardımı ile doygun çözeltilerde maddenin aktiflik katsayıları hesaplanabilir.
|