Aşağıdaki çözeltilerden hangisinin $1$ atm dış basınçta kaynamaya başlama sıcaklığı en yüksektir?
(Çözeltilerin hacimleri eşittir.)
A) $1 \text{ M}$ $C_6H_{12}O_6$ (glikoz)
B) $0.8 \text{ M}$ $NaCl$
C) $0.6 \text{ M}$ $MgCl_2$
D) $0.5 \text{ M}$ $K_3PO_4$
E) $0.4 \text{ M}$ $AlCl_3$
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, farklı çözeltilerin kaynamaya başlama sıcaklıklarını karşılaştırmamız isteniyor. Bu tür sorular, kimyada "kolligatif özellikler" başlığı altında incelenir. Kolligatif özellikler, çözeltideki çözünen madde taneciklerinin sayısına bağlı olan, ancak çözünen maddenin kimyasal yapısına bağlı olmayan özelliklerdir. Kaynama noktası yükselmesi de bu özelliklerden biridir.
Kaynama noktası yükselmesi ($\Delta T_k$) formülü şu şekildedir:
$\Delta T_k = K_k \cdot m \cdot i$
- $K_k$: Molal kaynama noktası yükselmesi sabiti (ebullioskopik sabit). Çözücüye özgüdür ve bu soruda tüm çözeltiler için aynı kabul edilir (genellikle su).
- $m$: Çözeltinin molalitesi (mol/kg). Soru molarite ($M$) cinsinden verilmiş. Seyreltik çözeltilerde molarite ve molalite değerleri birbirine yakın kabul edilebilir veya karşılaştırma yaparken molariteyi kullanmak sıralamayı değiştirmeyecektir. Önemli olan, birim hacimdeki veya birim kütledeki çözünen tanecik sayısıdır.
- $i$: Van't Hoff faktörü. Çözünen maddenin çözeltide kaç tanecik oluşturduğunu gösterir. İyonik bileşikler suda iyonlarına ayrışırken, moleküler bileşikler (elektrolit olmayanlar) ayrışmaz.
Kaynama noktası yükselmesinin en fazla olması için, çözeltideki toplam tanecik derişiminin (yani $m \cdot i$ çarpımının) en yüksek olması gerekir. Şimdi her bir seçeneği inceleyelim ve "etkin tanecik derişimini" (molarite $\times$ van't Hoff faktörü) hesaplayalım:
- A) $1 \text{ M}$ $C_6H_{12}O_6$ (glikoz)
- Glikoz, suda çözünen ancak iyonlarına ayrışmayan moleküler bir bileşiktir (elektrolit değildir).
- Bu nedenle, van't Hoff faktörü $i = 1$'dir.
- Etkin tanecik derişimi = $1 \text{ M} \cdot 1 = 1 \text{ M}$.
- B) $0.8 \text{ M}$ $NaCl$
- $NaCl$ (sodyum klorür), suda $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonlarına ayrışan iyonik bir bileşiktir.
- $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$
- Toplam 2 iyon oluşturduğu için van't Hoff faktörü $i = 2$'dir.
- Etkin tanecik derişimi = $0.8 \text{ M} \cdot 2 = 1.6 \text{ M}$.
- C) $0.6 \text{ M}$ $MgCl_2$
- $MgCl_2$ (magnezyum klorür), suda $Mg^{2+}$ ve $Cl^-$ iyonlarına ayrışan iyonik bir bileşiktir.
- $MgCl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^-$
- Toplam 3 iyon oluşturduğu için van't Hoff faktörü $i = 3$'tür.
- Etkin tanecik derişimi = $0.6 \text{ M} \cdot 3 = 1.8 \text{ M}$.
- D) $0.5 \text{ M}$ $K_3PO_4$
- $K_3PO_4$ (potasyum fosfat), suda $K^+$ ve $PO_4^{3-}$ iyonlarına ayrışan iyonik bir bileşiktir.
- $K_3PO_4 \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-}$
- Toplam 4 iyon oluşturduğu için van't Hoff faktörü $i = 4$'tür.
- Etkin tanecik derişimi = $0.5 \text{ M} \cdot 4 = 2.0 \text{ M}$.
- E) $0.4 \text{ M}$ $AlCl_3$
- $AlCl_3$ (alüminyum klorür), suda $Al^{3+}$ ve $Cl^-$ iyonlarına ayrışan iyonik bir bileşiktir.
- $AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-$
- Toplam 4 iyon oluşturduğu için van't Hoff faktörü $i = 4$'tür.
- Etkin tanecik derişimi = $0.4 \text{ M} \cdot 4 = 1.6 \text{ M}$.
Şimdi hesapladığımız etkin tanecik derişimlerini karşılaştıralım:
- A) $1.0 \text{ M}$
- B) $1.6 \text{ M}$
- C) $1.8 \text{ M}$
- D) $2.0 \text{ M}$
- E) $1.6 \text{ M}$
En yüksek etkin tanecik derişimi $2.0 \text{ M}$ ile D seçeneğindeki $0.5 \text{ M}$ $K_3PO_4$ çözeltisine aittir. Bu da demektir ki, bu çözeltinin kaynama noktası yükselmesi en fazla olacak ve dolayısıyla kaynamaya başlama sıcaklığı en yüksek olacaktır.
Cevap D seçeneğidir.
