Ortak iyon etkisi nedir Test 1

0,1 M 200 mL CaF₂ çözeltisine 0,1 M 200 mL NaF çözeltisi eklendiğinde CaF₂'nin çözünürlüğü nasıl değişir? (CaF₂ için K_çç = 3,9×10^-11)

A) Artar
B) Azalır
C) Değişmez
D) Önce artar sonra azalır

Sevgili öğrenciler,

Bu soruda, bir çözeltiye ortak iyon eklendiğinde az çözünen bir tuzun çözünürlüğünün nasıl değiştiğini inceleyeceğiz. Bu, kimyada Ortak İyon Etkisi olarak bilinen önemli bir prensiptir.

• 1. CaF₂'nin Çözünme Dengesi:

Öncelikle, az çözünen bir tuz olan CaF₂'nin suda nasıl çözündüğünü ve denge denklemini yazalım:

$CaF_2(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + 2F^-(suda)$

Bu denge için çözünürlük çarpımı sabiti ($K_{çç}$) ifadesi şöyledir:

$K_{çç} = [Ca^{2+}][F^-]^2$

Bize $K_{çç} = 3,9 \times 10^{-11}$ verilmiş.

• 2. Ortak İyonun Belirlenmesi:

Çözeltimize $NaF$ ekliyoruz. $NaF$ suda tamamen iyonlaşan bir tuzdur:

$NaF(suda) \rightarrow Na^+(suda) + F^-(suda)$

Gördüğümüz gibi, $NaF$ çözeltisi $F^-$ iyonları sağlar. CaF₂'nin çözünme denklemine baktığımızda da $F^-$ iyonlarının bulunduğunu görüyoruz. Bu durumda, $F^-$ iyonu ortak iyondur.

• 3. Le Chatelier Prensibi ve Ortak İyon Etkisi:

Le Chatelier Prensibi'ne göre, bir denge sistemine dışarıdan bir etki yapıldığında, sistem bu etkiyi azaltacak yönde hareket eder. Bizim durumumuzda:

• CaF₂'nin çözünme dengesi: $CaF_2(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + 2F^-(suda)$
• $NaF$ ekleyerek çözeltideki $F^-$ iyonlarının derişimini artırıyoruz.
• Denge, artan $F^-$ iyon derişimini azaltmak için sola, yani katı CaF₂ oluşumu yönüne kayar.
• Bu kayma sonucunda, çözeltideki $Ca^{2+}$ iyonlarının derişimi azalır. $Ca^{2+}$ iyonlarının derişimi, CaF₂'nin çözünürlüğünü temsil eder.

Dolayısıyla, ortak iyon olan $F^-$'nin eklenmesi, CaF₂'nin çözünürlüğünü azaltır.

• 4. Çözünürlük Hesaplamaları ile Doğrulama (Anlaşılırlık İçin Önemli):

Bu etkiyi sayılarla da doğrulayalım:

• a) CaF₂'nin Saf Sudaki Çözünürlüğü (Ortak İyon Yokken):

CaF₂'nin saf sudaki çözünürlüğünü $s$ olarak alırsak, denge anında $[Ca^{2+}] = s$ ve $[F^-] = 2s$ olur.

$K_{çç} = (s)(2s)^2 = 4s^3$

$3,9 \times 10^{-11} = 4s^3$

$s^3 = \frac{3,9 \times 10^{-11}}{4} = 9,75 \times 10^{-12}$

$s = \sqrt[3]{9,75 \times 10^{-12}} \approx 2,13 \times 10^{-4} \text{ M}$

Bu, CaF₂'nin saf sudaki çözünürlüğüdür.

• b) NaF Eklendikten Sonraki Çözünürlük:

Önce $NaF$ çözeltisinden gelen $F^-$ iyonlarının derişimini hesaplayalım. Başlangıçtaki $CaF_2$ çözeltisinin hacmi $200 \text{ mL}$ ve eklenen $NaF$ çözeltisinin hacmi $200 \text{ mL}$ olduğundan, toplam hacim $200 \text{ mL} + 200 \text{ mL} = 400 \text{ mL} = 0,4 \text{ L}$ olur.

$NaF$ mol sayısı $= 0,1 \text{ M} \times 0,2 \text{ L} = 0,02 \text{ mol}$

$[F^-]$ (NaF'den gelen) $= \frac{0,02 \text{ mol}}{0,4 \text{ L}} = 0,05 \text{ M}$

Şimdi CaF₂'nin bu $0,05 \text{ M}$ $F^-$ içeren çözeltideki çözünürlüğünü ($s'$) bulalım:

$CaF_2(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + 2F^-(suda)$

Denge anında: $[Ca^{2+}] = s'$ ve $[F^-] = 0,05 + 2s'$

$K_{çç} = [Ca^{2+}][F^-]^2 = s'(0,05 + 2s')^2$

$K_{çç}$ çok küçük olduğu için, $2s'$ değeri $0,05$'in yanında ihmal edilebilir. Bu durumda, $[F^-] \approx 0,05 \text{ M}$ alabiliriz.

$3,9 \times 10^{-11} = s'(0,05)^2$

$3,9 \times 10^{-11} = s'(0,0025)$

$s' = \frac{3,9 \times 10^{-11}}{0,0025} = 1,56 \times 10^{-8} \text{ M}$

Bu, CaF₂'nin NaF eklendikten sonraki çözünürlüğüdür.

• 5. Sonuç:

Gördüğümüz gibi, CaF₂'nin saf sudaki çözünürlüğü yaklaşık $2,13 \times 10^{-4} \text{ M}$ iken, NaF eklendikten sonraki çözünürlüğü $1,56 \times 10^{-8} \text{ M}$ olmuştur. Bu değer, ilk çözünürlükten çok daha küçüktür.

Bu durum, ortak iyon olan $F^-$'nin varlığının CaF₂'nin çözünürlüğünü önemli ölçüde azalttığını açıkça göstermektedir.

Cevap B seçeneğidir.