Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, çözeltilerin donma noktalarını karşılaştırmamız isteniyor. Bu tür sorular, kimyada "kolligatif özellikler" adı verilen bir konuya girer. Kolligatif özellikler, çözeltideki çözünen madde miktarının (parçacık sayısının) çözücünün bazı fiziksel özelliklerini nasıl değiştirdiğini inceler. Donma noktası alçalması da bu özelliklerden biridir.
- Adım 1: Kolligatif Özellikleri Anlayalım
- Donma noktası alçalması, bir çözeltinin donma noktasının, saf çözücünün donma noktasından daha düşük olması durumudur. Bu alçalma miktarı, çözeltideki çözünen madde parçacıklarının sayısıyla doğru orantılıdır. Yani, ne kadar çok çözünen parçacık varsa, donma noktası o kadar fazla düşer ve dolayısıyla çözeltinin donma noktası o kadar düşük olur.
- Donma noktası alçalması formülü genellikle $\Delta T_f = i \cdot K_f \cdot m$ şeklinde ifade edilir. Burada $\Delta T_f$ donma noktası alçalmasını, $K_f$ çözücünün krioskopik sabitini (su için sabittir), $m$ molaliteyi (çözünen molü / çözücü kg'ı) ve $i$ ise van 't Hoff faktörünü temsil eder.
- Adım 2: Van 't Hoff Faktörünü ($i$) Belirleyelim
- Van 't Hoff faktörü ($i$), bir mol çözünen maddenin çözeltide kaç mol parçacık oluşturduğunu gösterir.
- A) 0,1 mol glikoz ($C_6H_{12}O_6$): Glikoz, suda çözündüğünde iyonlarına ayrışmayan, moleküler bir bileşiktir (elektrolit değildir). Bu nedenle, 0,1 mol glikoz, çözeltide 0,1 mol parçacık olarak kalır. $i = 1$.
- B) 0,1 mol NaCl: Sodyum klorür (NaCl), suda çözündüğünde $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonlarına ayrışır. Yani, 0,1 mol NaCl, çözeltide 0,1 mol $Na^+$ ve 0,1 mol $Cl^-$ olmak üzere toplam 0,2 mol iyon oluşturur. $i = 2$.
- C) 0,1 mol $CaCl_2$: Kalsiyum klorür ($CaCl_2$), suda çözündüğünde $Ca^{2+}$ ve iki adet $Cl^-$ iyonuna ayrışır. Yani, 0,1 mol $CaCl_2$, çözeltide 0,1 mol $Ca^{2+}$ ve 0,2 mol $Cl^-$ olmak üzere toplam 0,3 mol iyon oluşturur. $i = 3$.
- D) 0,1 mol $AlCl_3$: Alüminyum klorür ($AlCl_3$), suda çözündüğünde $Al^{3+}$ ve üç adet $Cl^-$ iyonuna ayrışır. Yani, 0,1 mol $AlCl_3$, çözeltide 0,1 mol $Al^{3+}$ ve 0,3 mol $Cl^-$ olmak üzere toplam 0,4 mol iyon oluşturur. $i = 4$.
- Adım 3: Çözeltileri Karşılaştıralım
- Soruda tüm çözeltilerin eşit hacimde su içerdiği ve 0,1 mol çözünen maddeye sahip olduğu belirtilmiştir. Bu durumda, $K_f$ sabittir ve molalite ($m$) her çözelti için aynıdır (çünkü çözünen molü ve çözücü miktarı aynıdır).
- Donma noktası alçalması ($\Delta T_f$) doğrudan van 't Hoff faktörü ($i$) ile orantılıdır. $i$ değeri ne kadar büyükse, donma noktası alçalması o kadar fazla olur.
- Hesapladığımız $i$ değerleri:
- Glikoz: $i = 1$
- NaCl: $i = 2$
- $CaCl_2$: $i = 3$
- $AlCl_3$: $i = 4$
- Görüldüğü gibi, $AlCl_3$ çözeltisi en yüksek $i$ değerine sahiptir. Bu da demektir ki, $AlCl_3$ çözeltisi en fazla parçacık içerir.
- Adım 4: En Düşük Donma Noktasını Belirleyelim
- En yüksek $i$ değerine sahip olan çözelti, en büyük donma noktası alçalmasına ($\Delta T_f$) uğrar. Donma noktası ne kadar çok alçalırsa, çözeltinin donma noktası o kadar düşük olur.
- Bu durumda, 0,1 mol $AlCl_3$ içeren çözelti, diğer seçeneklere göre en fazla parçacık içerdiği için donma noktası en düşük olan çözelti olacaktır.
Cevap D seçeneğidir.
