Seçici (Ayrımsal) çöktürme nedir Test 1

Bir çözeltide bulunan CO₃²⁻ ve SO₄²⁻ anyonlarını ayırmak isteyen bir kimya öğrencisi, çözeltiye Ca²⁺ iyonları ekliyor. K₍çç₎(CaCO₃) = 4,8×10⁻⁹ ve K₍çç₎(CaSO₄) = 2,4×10⁻⁵ olduğuna göre, hangi anyon önce çöker ve bu ayırma işlemi için uygun mudur?

A) CO₃²⁻ önce çöker, ayırma mümkündür
B) SO₄²⁻ önce çöker, ayırma mümkündür
C) CO₃²⁻ önce çöker, ayırma mümkün değildir
D) SO₄²⁻ önce çöker, ayırma mümkün değildir

Merhaba sevgili öğrenciler!

Bu soruda, bir çözeltideki iki farklı anyonu ($CO_3^{2-}$ ve $SO_4^{2-}$) $Ca^{2+}$ iyonları ekleyerek ayırma işlemini inceleyeceğiz. Hangi anyonun önce çökeceğini ve bu ayırma işleminin ne kadar etkili olacağını belirlemek için çözünürlük çarpımı ($K_{çç}$) değerlerini kullanacağız.

• Adım 1: Çözünürlük Çarpımı ($K_{çç}$) İfadelerini Yazma

Öncelikle, her bir tuzun suda çözünme dengesini ve $K_{çç}$ ifadelerini yazalım:

• Kalsiyum karbonat ($CaCO_3$) için:

$CaCO_3(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + CO_3^{2-}(suda)$

$K_{çç}(CaCO_3) = [Ca^{2+}][CO_3^{2-}] = 4,8 \times 10^{-9}$

• Kalsiyum sülfat ($CaSO_4$) için:

$CaSO_4(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + SO_4^{2-}(suda)$

$K_{çç}(CaSO_4) = [Ca^{2+}][SO_4^{2-}] = 2,4 \times 10^{-5}$

• Adım 2: Hangi Anyonun Önce Çökeceğini Belirleme

Bir tuzun çözünürlüğü ne kadar düşükse, o tuz o kadar kolay çöker. $K_{çç}$ değeri, bir tuzun çözünürlüğünün bir ölçüsüdür. Aynı stokiyometriye sahip tuzlar için (burada her ikisi de 1:1 oranında iyon içerir), $K_{çç}$ değeri ne kadar küçükse, tuz o kadar az çözünür ve o kadar erken çöker.

• $K_{çç}(CaCO_3) = 4,8 \times 10^{-9}$
• $K_{çç}(CaSO_4) = 2,4 \times 10^{-5}$

Görüldüğü gibi, $4,8 \times 10^{-9}$ değeri $2,4 \times 10^{-5}$ değerinden çok daha küçüktür. Bu, $CaCO_3$'ün $CaSO_4$'ten çok daha az çözünür olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla, çözeltiye $Ca^{2+}$ iyonları eklendiğinde $CO_3^{2-}$ anyonu önce çökecektir.

• Adım 3: Ayırma İşleminin Uygun Olup Olmadığını Değerlendirme

Etkili bir ayırma için, bir anyonun neredeyse tamamı çökelirken, diğer anyonun çökelmeye başlamaması gerekir. Bunu değerlendirmek için, $SO_4^{2-}$ anyonunun çökelmeye başladığı anda $CO_3^{2-}$ anyonunun ne kadarının çözeltide kaldığını hesaplayalım. Bunun için başlangıç anyon derişimlerini eşit ve $C_0$ olarak kabul edelim (soruda verilmediği için bu yaygın bir yaklaşımdır).

• $CO_3^{2-}$'nin çökmeye başlaması için gerekli $Ca^{2+}$ derişimi:

$[Ca^{2+}]_{CaCO_3} = \frac{K_{çç}(CaCO_3)}{[CO_3^{2-}]_{başlangıç}} = \frac{4,8 \times 10^{-9}}{C_0}$

• $SO_4^{2-}$'nin çökmeye başlaması için gerekli $Ca^{2+}$ derişimi:

$[Ca^{2+}]_{CaSO_4} = \frac{K_{çç}(CaSO_4)}{[SO_4^{2-}]_{başlangıç}} = \frac{2,4 \times 10^{-5}}{C_0}$

$CaCO_3$ önce çöktüğüne göre, $Ca^{2+}$ derişimini artırmaya devam ettiğimizde, $SO_4^{2-}$'nin çökmeye başladığı an, çözeltideki $Ca^{2+}$ derişimi $[Ca^{2+}]_{CaSO_4}$ değerine ulaşacaktır. Bu anda, çözeltide kalan $CO_3^{2-}$ derişimini hesaplayalım:

• $SO_4^{2-}$ çökmeye başladığında çözeltide kalan $CO_3^{2-}$ derişimi:

$[CO_3^{2-}]_{kalan} = \frac{K_{çç}(CaCO_3)}{[Ca^{2+}]_{SO_4^{2-} \text{ çökmeye başladığında}}}$

$[CO_3^{2-}]_{kalan} = \frac{4,8 \times 10^{-9}}{\frac{2,4 \times 10^{-5}}{C_0}}$

$[CO_3^{2-}]_{kalan} = \frac{4,8 \times 10^{-9} \times C_0}{2,4 \times 10^{-5}}$

$[CO_3^{2-}]_{kalan} = (2 \times 10^{-4}) \times C_0$

Bu, $SO_4^{2-}$ çökmeye başladığında, başlangıçtaki $CO_3^{2-}$ derişiminin sadece $2 \times 10^{-4}$'ü (yani %0,02'si) çözeltide kaldığı anlamına gelir. Bu kadar düşük bir oranın çözeltide kalması, $CO_3^{2-}$'nin neredeyse tamamen çöktüğünü gösterir. Dolayısıyla, bu ayırma işlemi uygundur.

• Adım 4: Sonuç

Yaptığımız hesaplamalar sonucunda, $CO_3^{2-}$ anyonunun $SO_4^{2-}$ anyonundan önce çöktüğünü ve $SO_4^{2-}$ çökmeye başladığında $CO_3^{2-}$'nin neredeyse tamamının çözeltiden uzaklaştırılmış olduğunu gördük. Bu da ayırma işleminin mümkün olduğunu gösterir.

Bu durumda doğru seçenek A'dır.