Konu anlatımı
Deniz suyu göl suyundan daha düşük sıcaklıkta donar; kışın yollara tuz serpilir, araçların soğutma suyuna antifriz katılır. Bu olayların hepsi, çözeltilerin donma ve kaynama noktalarının saf çözücününkinden farklı olmasıyla açıklanır. Bu alt başlıkta bu özellikleri hesaba girmeden, karşılaştırmalarla göreceksin.
Donma ve kaynama noktası
Saf suya uçucu olmayan bir madde, örneğin tuz ya da şeker çözülürse çözeltinin donmaya başlama sıcaklığı saf suyunkinden düşük, kaynamaya başlama sıcaklığı ise yüksek olur. Saf su 1 atm basınçta 0 °C sıcaklıkta donar ve 100 °C sıcaklıkta kaynarken tuzlu su 0 °C'nin altında donmaya, 100 °C'nin üstünde kaynamaya başlar. Ayrıca saf suyun aksine çözeltilerin sıcaklığı donma ve kaynama sırasında sabit kalmaz: kaynayan tuzlu suda su buharlaştıkça derişim artar ve kaynama sıcaklığı yükselmeye devam eder.
Derişimin ve tanecik sayısının etkisi
Bu değişimlerin büyüklüğü, çözünenin cinsinden çok aynı miktar çözücüde çözünmüş tanecik sayısına bağlıdır. Derişim arttıkça donma noktası daha çok düşer, kaynama noktası daha çok yükselir. Şeker suda molekülleri hâlinde çözünür; sodyum klorür ise her formül birimi için iki iyon, kalsiyum klorür üç iyon verir. Bu yüzden eşit miktarda suda eşit mol sayısında çözünen bu üç maddeden en düşük sıcaklıkta donan ve en yüksek sıcaklıkta kaynayan kalsiyum klorür çözeltisi, en az etkilenen ise şekerli sudur. TYT'de bu değişimler hesaplanmaz; yalnızca karşılaştırılır.
Buzlanmaya karşı önlemler
Kışın yollara sodyum klorür ya da kalsiyum klorür serpilir; tuz, yollardaki su ve buzla çözelti oluşturarak donma noktasını düşürür ve buzlanmayı önler ya da buzu eritir. Bu önlemin olumsuz yanları da vardır: tuz araçların metal parçalarında paslanmayı hızlandırır, yol kenarındaki bitkilere ve toprağa zarar verir, sulara karışarak canlıları etkileyebilir. Araçların soğutma suyuna katılan antifriz de suyun donma noktasını düşürür ve motorun kışın donmasını önler; aynı zamanda kaynama noktasını yükseltir. Uçakların kanatlarına da kalkıştan önce buz çözücü sıvılar püskürtülür.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Eşit kütlede su kullanılarak eşit mol sayısında şeker, sodyum klorür ve kalsiyum klorür ile üç çözelti hazırlanıyor. Tuzlar suda tamamen iyonlarına ayrıştığına göre çözeltilerin donmaya ve kaynamaya başlama sıcaklıklarını karşılaştırınız.
Çözüm. Şeker molekülleri hâlinde çözündüğü için çözünen tanecik sayısı en azdır. Sodyum klorür her formül birimi için iki iyon, kalsiyum klorür üç iyon verir; tanecik sayıları şekerli su, tuzlu su ve kalsiyum klorür çözeltisi sırasıyla artar. Tanecik sayısı arttıkça donma noktası düşer, kaynama noktası yükselir. Donmaya başlama sıcaklığı en yüksek olan şekerli su, en düşük olan kalsiyum klorür çözeltisidir; kaynamaya başlama sıcaklıklarının sıralaması bunun tersidir.
Örnek 2. Saf su ile tuzlu su aynı ısıtıcıyla 1 atm basınçta ısıtılıyor. İki sıvının kaynama davranışları nasıl farklılık gösterir?
Çözüm. Saf su 100 °C sıcaklıkta kaynamaya başlar ve kaynama boyunca sıcaklığı sabit kalır. Tuzlu su 100 °C sıcaklığın üstünde kaynamaya başlar. Kaynarken yalnızca su buharlaştığı için tuz kapta kalır, çözeltinin derişimi artar ve kaynama sıcaklığı yükselmeye devam eder. Bu yüzden tuzlu suyun sıcaklık-zaman grafiğinde kaynama sırasında yatay bir düzlük görülmez.
Sık yapılan hatalar
- Çözeltinin saf çözücüden daha yüksek sıcaklıkta donduğunu sanmak.
- Çözeltilerin kaynarken sıcaklığının sabit kaldığını düşünmek.
- Eşit mol sayısındaki tuz ve şekerin donma noktasını eşit düşürdüğünü sanmak; iyonlaşan tuz daha çok tanecik verir.
- Çözelti: donma noktası düşük, kaynama noktası yüksek.
- Çözünen tanecik sayısı arttıkça etki büyür.
- Yollara tuz ve motorlara antifriz donmayı önler; tuzun çevreye ve araçlara zararları da vardır.