Ortak iyon çözünürlüğü nasıl etkiler (Azaltır) Test 1

Bir öğrenci SrF₂'nin çözünürlüğünü farklı çözeltilerde inceliyor.
Hangi çözeltide en düşük çözünürlük gözlenir?

A) Saf su
B) 0,01 M NaF
C) 0,01 M Sr(NO₃)₂
D) 0,01 M KNO₃

Merhaba sevgili öğrenciler, bu soruda bir tuzun farklı çözeltilerdeki çözünürlüğünü inceleyeceğiz. Özellikle "ortak iyon etkisi" kavramını anlamak, bu tür soruları çözmek için anahtar rol oynar. Şimdi adım adım çözümlemeye başlayalım:

• Adım 1: SrF₂'nin Çözünme Dengesini Yazmak

  SrF₂ (stronsiyum florür) suda az çözünen bir tuzdur. Sudaki çözünme dengesi aşağıdaki gibidir:

  $SrF_2(k) \rightleftharpoons Sr^{2+}(suda) + 2F^-(suda)$

  Bu dengeye göre, SrF₂ çözündüğünde $Sr^{2+}$ ve $F^-$ iyonları oluşur. Çözünürlük çarpımı ($K_{çç}$) ifadesi ise şöyledir:

  $K_{çç} = [Sr^{2+}][F^-]^2$

  Bu ifade, $F^-$ iyon derişiminin karesiyle orantılı olduğunu gösterir, bu da $F^-$ derişimindeki değişikliklerin çözünürlük üzerindeki etkisinin daha büyük olabileceğine işaret eder.

• Adım 2: Ortak İyon Etkisini Anlamak

  Ortak iyon etkisi, bir tuzun çözünürlüğünün, o tuzun iyonlarından birini içeren bir çözeltide azaldığını belirten bir prensiptir. Le Chatelier prensibine göre, çözeltiye ortak bir iyon eklendiğinde denge, iyonların derişimini azaltacak yöne, yani katı SrF₂ oluşumu yönüne kayar ve bu da SrF₂'nin çözünürlüğünü düşürür.

• Adım 3: Her Bir Çözeltiyi İncelemek
  • A) Saf su: Bu, SrF₂'nin çözünürlüğünün referans noktasıdır. Çözünürlük sadece $K_{çç}$ değeri ile belirlenir ve herhangi bir ortak iyon etkisi yoktur.
  • B) 0,01 M NaF: NaF (sodyum florür) suda tamamen çözünerek $Na^+$ ve $F^-$ iyonlarını verir. Yani, bu çözelti $0,01 \text{ M } F^-$ iyonu içerir. $F^-$ iyonu, SrF₂'nin çözünme dengesindeki bir üründür ($Sr^{2+}(suda) + 2F^-(suda)$). Dolayısıyla, $F^-$ ortak bir iyondur ve SrF₂'nin çözünürlüğünü azaltacaktır.
  • C) 0,01 M Sr(NO₃)₂: $Sr(NO_3)_2$ (stronsiyum nitrat) suda tamamen çözünerek $Sr^{2+}$ ve $NO_3^-$ iyonlarını verir. Yani, bu çözelti $0,01 \text{ M } Sr^{2+}$ iyonu içerir. $Sr^{2+}$ iyonu da SrF₂'nin çözünme dengesindeki bir üründür. Dolayısıyla, $Sr^{2+}$ ortak bir iyondur ve SrF₂'nin çözünürlüğünü azaltacaktır.
  • D) 0,01 M KNO₃: $KNO_3$ (potasyum nitrat) suda tamamen çözünerek $K^+$ ve $NO_3^-$ iyonlarını verir. Bu iyonların hiçbiri SrF₂'nin çözünme dengesinde yer almaz. Bu nedenle, $KNO_3$ çözeltisi SrF₂'nin çözünürlüğü üzerinde belirgin bir ortak iyon etkisi yaratmaz. (İyonik şiddet etkisiyle çok küçük bir artış olabilir, ancak ortak iyon etkisi yanında ihmal edilebilir.)
• Adım 4: Ortak İyon Etkilerinin Karşılaştırılması

  Hem B seçeneğindeki NaF hem de C seçeneğindeki $Sr(NO_3)_2$ ortak iyon etkisi gösterir. Hangi etki daha güçlüdür?

  SrF₂'nin çözünürlük çarpımı ifadesi $K_{çç} = [Sr^{2+}][F^-]^2$ şeklindedir. Bu ifadede $F^-$ iyon derişiminin karesi alınır. Bu durum, $F^-$ iyon derişimindeki bir değişikliğin çözünürlük üzerindeki etkisinin, $Sr^{2+}$ iyon derişimindeki aynı büyüklükteki bir değişikliğe göre daha fazla olacağını gösterir.

  • 0,01 M NaF çözeltisinde: Başlangıç $F^-$ derişimi $0,01 \text{ M}$'dir. SrF₂'nin çözünürlüğü $s_1$ olursa, $[Sr^{2+}] = s_1$ ve $[F^-] \approx 0,01 \text{ M}$ olur (çünkü $s_1$ çok küçüktür).

    $K_{çç} = (s_1)(0,01)^2 \implies s_1 = \frac{K_{çç}}{(0,01)^2} = \frac{K_{çç}}{0,0001} = 10000 \cdot K_{çç}$

  • 0,01 M $Sr(NO_3)_2$ çözeltisinde: Başlangıç $Sr^{2+}$ derişimi $0,01 \text{ M}$'dir. SrF₂'nin çözünürlüğü $s_2$ olursa, $[Sr^{2+}] \approx 0,01 \text{ M}$ ve $[F^-] = 2s_2$ olur.

    $K_{çç} = (0,01)(2s_2)^2 = (0,01)(4s_2^2) = 0,04s_2^2 \implies s_2^2 = \frac{K_{çç}}{0,04} \implies s_2 = \sqrt{\frac{K_{çç}}{0,04}} = 5\sqrt{K_{çç}}$

  Şimdi $s_1$ ve $s_2$ değerlerini karşılaştıralım. $K_{çç}$ değeri çok küçük bir sayı olduğundan (örneğin $10^{-9}$), $s_1$ değeri $s_2$ değerinden daha küçük olacaktır:

  • $s_1 = 10000 \cdot K_{çç}$
  • $s_2 = 5\sqrt{K_{çç}}$

  Örnek olarak $K_{çç} = 1 \times 10^{-9}$ alırsak:

  • $s_1 = 10000 \times 1 \times 10^{-9} = 1 \times 10^{-5} \text{ M}$
  • $s_2 = 5 \times \sqrt{1 \times 10^{-9}} = 5 \times \sqrt{10 \times 10^{-10}} \approx 5 \times 3,16 \times 10^{-5} \approx 1,58 \times 10^{-4} \text{ M}$

  $1 \times 10^{-5} \text{ M}$ değeri, $1,58 \times 10^{-4} \text{ M}$ değerinden daha küçüktür. Bu da $F^-$ iyonu eklemenin çözünürlüğü daha fazla düşürdüğünü gösterir.

• Adım 5: Sonuç

  SrF₂'nin çözünürlüğü, ortak iyon olan $F^-$ veya $Sr^{2+}$ iyonlarının eklenmesiyle azalır. Ancak, $K_{çç}$ ifadesindeki karesel terim nedeniyle, $F^-$ iyonlarının eklenmesi çözünürlüğü daha fazla düşürür. Bu nedenle, 0,01 M NaF çözeltisinde SrF₂'nin çözünürlüğü en düşük olacaktır.

Cevap B seçeneğidir.