Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler: Sıcaklık, Basınç ve Çözücü

Çözünürlük değerini okurken 100 g çözücü koşulunu unutmayın

Çözünürlük, belirli sıcaklık ve basınçta 100 g çözücüde çözünebilen maksimum çözünen madde kütlesidir. Yaygın gösterim şöyledir:

$Çözünürlük = \frac{Çözünen\ madde\ kütlesi}{Çözücü\ kütlesi} \times 100$

Bu tanımda paydadaki değer çözelti kütlesi değil, çözücü kütlesidir. Örneğin bir maddenin çözünürlüğü 20 °C'de 36 g/100 g su ise bu, 100 g suda en fazla 36 g maddenin çözünebileceğini belirtir. 200 g su için aynı sıcaklıkta teorik maksimum miktar 72 g olur. Çözünürlük değeri, çözeltinin doymuş kabul edildiği sınırı gösterir; daha az madde eklenirse çözelti doymamış kalabilir.

Katının bir kısmı çözünmeden kapta kalıyorsa, bu durum çözünürlüğün sıfır olduğunu göstermez. Çoğunlukla eklenen madde miktarı, o sıcaklıkta çözünebilecek maksimum miktarı aşmıştır. Sıcaklık ve basınç belirtilmeden verilen bir çözünürlük sayısı eksik yorumlanabilir; çünkü aynı madde farklı koşullarda farklı miktarlarda çözünebilir.

Sıcaklık değişiminde katı ve gazların zıt davranışı

Sıcaklığın etkisi çözünen maddenin hâline ve çözünme sürecinin enerji değişimine bağlıdır. Katı maddelerin suda çözünürlüğü çoğunlukla sıcaklık arttıkça artar; ancak bu ifade her katı için istisnasız bir kural değildir. Bazı katıların çözünürlüğü sıcaklıkla çok az değişebilir veya farklı yönde değişebilir. Bu yüzden grafik verilen sorularda ezber yerine grafiğin kendisi okunmalıdır.

Kaynakta verilen örneğe göre 100 g suda yaklaşık 36 g tuz 20 °C'de, yaklaşık 39 g tuz ise 100 °C'de çözünebilir. Buradaki artış, sıcaklığın bu madde için çözünürlüğü yükselttiğini gösterir; fakat 100 °C'de her katı maddenin aynı oranda artacağı anlamına gelmez.

Gazlarda genel eğilim tersidir: sıcaklık arttıkça gazların sıvılardaki çözünürlüğü azalır. Bu nedenle ısınan bir gazlı içecekte çözünmüş gazın bir bölümü kabarcıklar hâlinde ayrılabilir. Açık bir kapta gazın sıvıda kalması daha zorlaşır. Sıcaklık ile çözünürlüğü, çözünme hızıyla ayırmak gerekir: sıcaklık katı bir maddenin çözünmesini hızlandırabilir; fakat doymuş çözeltide son miktarın artıp artmayacağı, maddenin sıcaklık-çözünürlük davranışına bağlıdır.

Basınç neden gazlarda belirgin, katı ve sıvılarda sınırlıdır?

Basınç değişiminin çözünürlüğe etkisi özellikle gazların sıvılarda çözünmesinde önemlidir. Gazın sıvı üzerindeki kısmi basıncı arttığında, sıvıda çözünebilen gaz miktarı da artma eğilimi gösterir. Bu ilişki Henry Yasası ile basitleştirilerek şöyle yazılır:

$C = k \times P$

Burada $C$ çözünmüş gazın derişimini, $P$ gazın sıvı üzerindeki kısmi basıncını, $k$ ise belirli gaz-çözücü ve sıcaklık koşullarındaki Henry sabitini temsil eder. Formülün kullanılabilmesi için sıcaklık ve gaz-çözücü sistemi sabit kabul edilmelidir; $k$ her gaz ve her sıcaklık için aynı değildir.

Şişe kapalıyken gazlı içeceğin üzerinde gaz basıncı yüksektir ve daha fazla gaz sıvı içinde tutulabilir. Kapak açıldığında basınç düşer; çözeltinin yeni koşullardaki gaz kapasitesi azalır ve fazla gaz kabarcıklar hâlinde ayrılır.

Katı ve sıvıların çözünürlüğü, çözünme sırasında hacim değişimi genellikle küçük olduğu için basınçtan çoğunlukla çok az etkilenir. Gazlarda ise gazın kısmi basıncı çözünürlüğü belirgin biçimde etkiler. Bu nedenle basınç sorularında önce çözünenin gaz olup olmadığı belirlenmelidir.

Polarite, iyon-dipol etkileşimi ve 'benzer benzeri çözer' kuralı

Çözücü ile çözünen arasındaki tanecik düzeyindeki etkileşimler, çözünürlüğün önemli bir belirleyicisidir. Polar çözücüler, polar maddeleri ve iyonik bileşikleri çoğunlukla daha iyi çözer. Apolar çözücüler ise apolar maddeler için daha uygundur. Lise düzeyinde bu ilişki 'benzer benzeri çözer' şeklinde özetlenir; ancak bu bir nicel hesaplama formülü değil, uygun çözücü seçmeye yarayan nitel bir kuraldır.

Su polar bir çözücüdür. NaCl suya eklendiğinde su moleküllerinin kısmi yük taşıyan bölgeleri Na+ ve Cl- iyonlarını çevreler. İyonların su molekülleri tarafından sarılması, iyonik kristalden ayrılan taneciklerin çözelti içinde kararlı hâle gelmesine yardımcı olur. Bu olaya hidratasyon, genel olarak çözücü tanecikleriyle sarılmaya ise solvatasyon denir.

Yağın suyla tek fazlı bir çözelti oluşturmamasının nedeni, yağın apolar, suyun ise polar olmasıdır. Yağın apolar bir çözücüde çözünmesi daha olasıdır. Bununla birlikte 'polar olan her şey her polar çözücüde tamamen çözünür' sonucu çıkarılamaz; çözünürlük, molekül büyüklüğü, etkileşimin gücü ve sıcaklık gibi başka koşullara da bağlıdır.

Karıştırma, öğütme ve yüzey alanı: miktarı değil çözünme süresini değiştirir

Bir katıyı toz hâline getirmek, çözücüyle temas eden yüzey alanını artırır. Karıştırmak da çözünen taneciklerin çevresindeki derişim farkını azaltarak taze çözücünün taneciklere ulaşmasını kolaylaştırır. Bu işlemler, katının daha kısa sürede çözünmesine yardım eder.

Fakat bu iki etkiyi çözünürlükle karıştırmamak gerekir. Sıcaklık, basınç ve çözücü cinsi sabitken toz hâline getirme, doymuş çözeltide çözünebilecek maksimum madde miktarını tek başına artırmaz. Örneğin 20 °C'de 100 g suda en fazla 36 g çözünebilen bir katı için 36 g sınırı, karıştırma ile 40 g'a çıkmaz; yalnızca 36 g'a ulaşma süresi kısalabilir.

Bir deneyde çözünürlüğün mü yoksa çözünme hızının mı incelendiği açıkça belirtilmelidir. 'Daha hızlı çözüldü' gözlemi, 'daha fazla çözünebildi' sonucunu tek başına kanıtlamaz.