Aynı dış basınç altında bulunan aşağıdaki sulu çözeltilerden hangisinin kaynamaya başlama sıcaklığı en yüksektir?
A) $0,1$ M Şeker ($C_{6}H_{12}O_{6}$)
B) $0,1$ M $NaCl$
C) $0,1$ M $CaCl_{2}$
D) $0,1$ M $AlCl_{3}$
E) Saf su
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için koligatif özelliklerden biri olan kaynama noktası yükselmesi kavramını çok iyi anlamamız gerekiyor. Koligatif özellikler, çözeltideki çözünen madde miktarının (tanecik sayısının) derişimine bağlı olan, çözünen maddenin türüne bağlı olmayan özelliklerdir.
Kaynama noktası yükselmesi, bir çözeltinin kaynama noktasının, aynı dış basınç altında saf çözücünün kaynama noktasından daha yüksek olması durumudur. Bu yükselme miktarı, çözeltideki toplam çözünen tanecik derişimi ile doğru orantılıdır. Yani, çözeltide ne kadar çok tanecik varsa, kaynama noktası o kadar yüksek olur.
Kaynama noktası yükselmesi ($\Delta T_k$) aşağıdaki formülle ifade edilir:
$\Delta T_k = K_k \cdot m \cdot i$
- Burada $K_k$, çözücüye özgü bir sabittir (su için sabittir).
- $m$, çözeltinin molalitesidir (soruda molarite olarak verilmiş, seyreltik çözeltilerde molaliteye yakın kabul edebiliriz).
- $i$, van 't Hoff faktörüdür ve çözünen maddenin çözeltide kaç taneciğe ayrıştığını gösterir. Bu faktör, kaynama noktası yükselmesini belirlemede anahtar rol oynar.
Şimdi her bir seçeneği inceleyelim ve çözeltideki toplam tanecik derişimini (yani $m \cdot i$ çarpımını) hesaplayalım:
- A) $0,1$ M Şeker ($C_{6}H_{12}O_{6}$): Şeker, suda moleküler olarak çözünür ve iyonlarına ayrışmaz (elektrolit değildir). Bu nedenle, her bir şeker molekülü çözeltide 1 tanecik olarak kalır. Van 't Hoff faktörü $i = 1$. Toplam tanecik derişimi = $0,1 \text{ M} \times 1 = 0,1 \text{ M}$.
- B) $0,1$ M $NaCl$: $NaCl$ (sodyum klorür), suda iyonlarına ayrışır: $NaCl(aq) \rightarrow Na^+(aq) + Cl^-(aq)$. Her bir $NaCl$ formül birimi, çözeltide 1 sodyum iyonu ve 1 klorür iyonu olmak üzere toplam 2 tanecik oluşturur. Van 't Hoff faktörü $i = 2$. Toplam tanecik derişimi = $0,1 \text{ M} \times 2 = 0,2 \text{ M}$.
- C) $0,1$ M $CaCl_{2}$: $CaCl_{2}$ (kalsiyum klorür), suda iyonlarına ayrışır: $CaCl_{2}(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq)$. Her bir $CaCl_{2}$ formül birimi, çözeltide 1 kalsiyum iyonu ve 2 klorür iyonu olmak üzere toplam 3 tanecik oluşturur. Van 't Hoff faktörü $i = 3$. Toplam tanecik derişimi = $0,1 \text{ M} \times 3 = 0,3 \text{ M}$.
- D) $0,1$ M $AlCl_{3}$: $AlCl_{3}$ (alüminyum klorür), suda iyonlarına ayrışır: $AlCl_{3}(aq) \rightarrow Al^{3+}(aq) + 3Cl^-(aq)$. Her bir $AlCl_{3}$ formül birimi, çözeltide 1 alüminyum iyonu ve 3 klorür iyonu olmak üzere toplam 4 tanecik oluşturur. Van 't Hoff faktörü $i = 4$. Toplam tanecik derişimi = $0,1 \text{ M} \times 4 = 0,4 \text{ M}$.
- E) Saf su: Saf su bir çözelti değildir, çözücünün kendisidir. Kaynama noktası yükselmesi, saf suya göre ölçüldüğü için, saf suyun kaynama noktası diğer tüm çözeltilerden daha düşük olacaktır.
Şimdi bulduğumuz toplam tanecik derişimlerini karşılaştıralım:
- A) $0,1$ M
- B) $0,2$ M
- C) $0,3$ M
- D) $0,4$ M
- E) Saf su (en düşük kaynama noktasına sahip)
Gördüğümüz gibi, $0,1$ M $AlCl_{3}$ çözeltisi, diğer tüm çözeltilere göre en yüksek toplam tanecik derişimine ($0,4$ M) sahiptir. Bu da demektir ki, $AlCl_{3}$ çözeltisinin kaynama noktası yükselmesi en fazla olacak ve dolayısıyla kaynamaya başlama sıcaklığı en yüksek olacaktır.
Cevap D seçeneğidir.
