Erime ve Çözünme

http://img142.imageshack.us/img142/9641/limonatath4.jpg

Bir maddenin başka bir madde içerisinde gözle görülemeyecek kadar küçük taneciklere homojen olarak ayrışması olayına çözünme denilir. O halde bir madde bir başka madde içerisinde en küçük yapı taşına ayrışmaktadır. Bu yapıtaşları maddelerin cinsine göre, molekülleri, iyonları ve çok nadiren de atomları şeklinde olabilir.

Bu bölümde, maddelerin çözünmesi olayının yönü, çözünme miktarları ve çözünmedeki enerji davranışları incelenmektedir.

Bir katı madde, bir sıvı madde içerisine atılmış ve bir miktarı çözünmüş olsun. Bu katı maddenin sıvı içerisinde çözünmesi halinde, katıya çözünen ve sıvı maddeye de çözücü denir. Her çözünme olayında az veya çok enerji alış verişi olur. Çözünme Entalpisi adı verilen bu enerji endotermik veya ekzotermik olabilir. Bu enerji değeri bize maddenin nasıl ve ne kadar çözünebileceği hakkında bir yargı verebilir.

Moleküler Maddelerde Çözünme

Moleküler yapılı bileşiklerde moleküller arası etkileşim kuvvetleri vardır. Çözünme olayı sırasında bu kuvvetlerin kırılması gerekir. Gerek çözücü ve gerekse çözünen maddedeki bu kuvvetlerin kırılabilmesi için bir miktar enerji harcanır. Kırılan bağlar sonucu serbest kalan tanecikler, farklı türler ile yeniden etkileşime girerler. Bu durumda yeni bir bağ oluşumu gerçekleşebilir. Yeni bağ oluşumu da ekzotermik bir olaydır.
Hem çözücü taneciklerinin hem de çözünen taneciklerinin serbest kalması için H1 ve H2 kadar enerji harcanıyor. Çözünme ile taneciklerin birbirini sarması sırasında H3 kadar bir enerji de dışarı veriliyor. Eğer dışarı verilen enerji harcanan enerjiden büyükse, çözünme ekzotermik, değilse endotermiktir. Bu bilgiler bize maddelerin birbiri içerisinde çözünüp çözünmeyeceği de anlatır. Örneğin; Olay ekzotermik ise bir çözelti oluşur. Aynı şekilde çözücünün ihtiyaç duyduğu enerji küçükse yine çözelti oluşur. Tersi durumda maddeler birbiri içerisinde karışamaz ve çözelti oluşturamaz. Bunun yanında, bu türden maddelerin kimyasal bağ yapılarının benzerliği de çok önemlidir. Yani, molekül yapıları birbirine benzeyen maddeler birbirini çözerken, molekül yapıları farklı maddeler birbiri içerisinde dağılamaz ve çözelti oluşturamaz. Örneğin, su ile yağlı boya birbiri içerisinde karışmazken, tinerin içerisinde boya kolayca dağılabilmektedir.

İyonik Maddelerin Çözünmesi
İyonik yapılı maddelerin çoğunluğu katıdır. Bu maddelerin bir başka çözücü içerisinde çözünebilmesi için bu katı örgünün kırılması gerekir. Örneğin yemek tuzunun su içerisindeki çözünmesi olayını göz önüne aldığımızda; NaCl taneciklerinin oluşturduğu kristal yapının Na+ ve Cl- iyonlarının ayrılması ile kırılması söz konusudur. Bu şekilde bir miktar enerji alarak kırılan bu örgü ile serbest kalan iyonlar içinde bulunduğu su molekülleri ile elektrostatik etkileşim ile hidratlaşarak sarılırlar ve yeniden zıt yüklü taneciklerin birleşmesine izin vermez. Bu durumda yemek tuzu su içerisinde çözünmüş olur. Hidratlaşma sırasında bir miktar enerji dışarı verilir.

Erime noktası, bir katı maddenin katı halden sıvı hale geçmeye başladığı ve ergime sona erene kadar koruduğu sıcaklıktır.

Bir katı cismin sıcaklığı artırıldığında moleküller arasındaki birbirini çekme kuvveti yavaş yavaş azalır ve belirli bir sıcaklık derecesinden sonra termik (ısı ile ilgili) hareket çekme kuvvetini yener. Katıda bir hal değişikliği başlar. Bu hal değişmesi maddenin kristal (billur) veya amorf oluşuna bağlı olarak değişik şekillerde olur. Amorf bir cisimde erime belli bir sıcaklıkta olmaz. Yani erimenin başladığı ve bittiği sıcaklık derecesi arasında bir fark vardır. Onun içindir ki, amorf bir maddenin erime noktasından bahsedilemez.Amorf maddenin sıcaklığı yükseldikçe, giderek yumuşar ve belirsiz bir sıcaklıkta sıvı hale geçer. Mesela cam ve plastikler amorf maddelerdir. Bunların erime noktası yoktur.

Kristal ve saf olan bir madde ise, belirli bir sıcaklıkta katı halden tamamen sıvı hale geçer. Bu sıcaklığa o maddenin erime noktası denir. Bütün kristal yapıya sahip saf maddelerin erime noktasında, yani katı halden sıvı hale geçene kadar, sıcaklığı sabit kalır. Ancak tamamen sıvı hale geçtikten sonra sıcaklığı yükselir. Saf kristal cisimlerin erime noktası ile donma noktası arasında sıcaklık farkı yoktur. Mesela saf su, 0°C de donar. Fakat saf olmayan maddelerin, yani karışımların donma ve erime noktaları farklıdır.

Diğer bir tanımla ergime ısısı; bir gram katının erime noktasında, katı halden sıvı hale geçmesi için gerekli olan ısı. Erime ısısı cisme ve sıcaklığa bağlıdır. Mesela buzun 0°C’deki erime ısısı, 79,8 cal/g’dır. Bir gram sıvı donduğu zaman erime ısısı kadar ısıyı çevreye verir.

Bazı hallerde erimiş madde, donma noktasına kadar soğuduğu halde donmaz. İşte bu duruma aşırı soğuma ve donmada gecikme denir. Bu haldeki sıvıya kendi cinsinden küçük bir katı billur atılırsa sıvı maddenin birden donduğu görülür. Buna aşı billuru (kristali) denir.

Erime ve donma noktası üzerine basıncın etkisi vardır. Normal erime noktasından söz edilirken, basınç bir atmosfer kabul edilir. Erime noktası, saf maddeler için karakteristik fiziksel bir sabittir.