pH'ı 8 olan bir çözeltide aşağıdaki bileşiklerden hangisinin çözünürlüğü en yüksektir?
A) CaCO₃Bu soruda, pH'ı 8 olan bir çözeltide farklı bileşiklerin çözünürlüklerini karşılaştırmamız isteniyor. Çözünürlük dengesi ve pH arasındaki ilişkiyi anlamak, bu tür soruları çözmek için anahtardır.
Çözeltinin pH'ı 8 olarak verilmiş. Bu, çözeltinin hafifçe bazik olduğu anlamına gelir. Nötr pH 7'dir. pH 8'de hidrojen iyonu derişimi ($[H^+]$) $10^{-8} M$ iken, hidroksit iyonu derişimi ($[OH^-]$) $10^{-6} M$'dir. Yani, çözeltide nötre göre daha fazla $OH^-$ iyonu bulunmaktadır.
B, C ve D seçeneklerindeki bileşikler ($Fe(OH)_3$, $Al(OH)_3$, $Cu(OH)_2$) metal hidroksitlerdir. Bu bileşikler suda çözündüklerinde metal katyonları ve hidroksit ($OH^-$) iyonları oluştururlar. Örneğin:
$Fe(OH)_3(k) \rightleftharpoons Fe^{3+}(suda) + 3OH^-(suda)$
Bu tür bileşiklerin çözünürlüğü, çözeltideki $OH^-$ iyonu derişimine doğrudan bağlıdır. Le Chatelier Prensibi'ne göre, çözeltide zaten yüksek miktarda $OH^-$ iyonu ($10^{-6} M$) bulunması, bu dengeyi sola kaydırır. Yani, metal hidroksitlerin çözünürlüğü, bazik bir ortamda (pH 8 gibi) "ortak iyon etkisi" nedeniyle daha da azalır. Bu bileşikler zaten kendiliğinden çok az çözünürler (çok düşük $K_{sp}$ değerlerine sahiptirler), bazik ortamda ise çözünürlükleri daha da düşer.
A seçeneğindeki $CaCO_3$ (kalsiyum karbonat), zayıf bir asidin ($H_2CO_3$) tuzu olan bir bileşiktir. Suda çözünme denklemi şöyledir:
$CaCO_3(k) \rightleftharpoons Ca^{2+}(suda) + CO_3^{2-}(suda)$
Buradaki karbonat iyonu ($CO_3^{2-}$), zayıf bir bazdır ve çözeltideki $H^+$ iyonlarıyla tepkimeye girerek $HCO_3^-$ ve $H_2CO_3$ oluşturabilir:
$CO_3^{2-}(suda) + H^+(suda) \rightleftharpoons HCO_3^-(suda)$
Bu tepkime, çözeltideki $CO_3^{2-}$ iyonlarını tüketir ve Le Chatelier Prensibi'ne göre $CaCO_3$'ün çözünme dengesini sağa kaydırarak çözünürlüğü artırır. Bu nedenle, $CaCO_3$ asidik ortamlarda daha iyi çözünür.
pH 8 olan bazik bir ortamda ise $H^+$ iyonu derişimi düşüktür ($10^{-8} M$), bu yüzden $CO_3^{2-}$ iyonlarının $H^+$ ile tepkimeye girme eğilimi azalır ve $CaCO_3$'ün çözünürlüğü asidik ortamlara göre daha düşük olur.
Şimdi tüm bileşikleri pH 8 ortamında değerlendirelim:
Metal hidroksitler ($Fe(OH)_3$, $Al(OH)_3$, $Cu(OH)_2$), doğaları gereği zaten çok az çözünürler (çok düşük $K_{sp}$ değerleri, örneğin $Fe(OH)_3$ için yaklaşık $4 \times 10^{-38}$). pH 8 gibi bazik bir ortamda, çözeltideki yüksek $OH^-$ iyonu derişimi ($10^{-6} M$) "ortak iyon etkisi" nedeniyle bu bileşiklerin çözünürlüğünü daha da bastırır. Bu durum, onların çözünürlüklerini son derece düşük seviyelere çeker.
Kalsiyum karbonat ($CaCO_3$) ise, zayıf bir asidin tuzu olduğu için asidik ortamlarda daha iyi çözünürken, bazik ortamlarda çözünürlüğü bir miktar azalır. Ancak, $CaCO_3$'ün $K_{sp}$ değeri (yaklaşık $3 \times 10^{-9}$), diğer metal hidroksitlerin $K_{sp}$ değerlerinden kat kat daha büyüktür. Bu, $CaCO_3$'ün doğal olarak diğerlerine göre çok daha çözünür olduğu anlamına gelir.
pH 8'deki $OH^-$ derişimi, metal hidroksitlerin çözünürlüğünü o kadar şiddetli bir şekilde düşürür ki, $CaCO_3$'ün bazik ortamda bir miktar azalan çözünürlüğü bile, diğer seçeneklerdeki metal hidroksitlerin çözünürlüğünden çok daha yüksek kalır.
Bu nedenle, pH 8'deki bir çözeltide en yüksek çözünürlüğe sahip bileşik $CaCO_3$'tür.
Cevap A seçeneğidir.
