Çözünürlük

Şekerleme yapımında (akide şekeri, cam şekeri gibi) genellikle bir ölçü suya karşılık üç ölçü şeker kullanılarak şeker şurubu oluşturulur. Ancak reçetede belirtilen miktardan fazla eklenen şeker, kabın dibine çöker — bu, suyun belirli bir sıcaklıkta sınırlı miktarda şeker çözebildiğini gösterir.

Deniz Suyunda Tuzluluk Örneği

Dünya üzerindeki suyun büyük çoğunluğu deniz ve okyanuslarda bulunur; deniz ve okyanuslardaki tuzluluk, yağışlarla taşınan çözünmüş maddelerin birikimi sonucu oluşur. Tuzluluk, deniz suyunda 1 kilogram başına düşen tüm çözünmüş katı maddelerin gram cinsinden miktarını gösterir. Tuzluluk derecesi denizlere göre değişir: Kuzey Ege Denizi'nde binde 37, Güney Ege Denizi'nde binde 38,8, Karadeniz'de (geniş havzalı, yüksek debili nehirlerle beslendiğinden) binde 17'dir. Deniz ve okyanusların ortalama tuzluluğu kütlece yaklaşık binde 34,7'dir; yani 1000 g deniz suyunda 34,7 g çözünmüş madde bulunur.

Çözünürlük Tanımı

Maddeler, suda (çözücü) aynı şartlarda farklı miktarlarda çözünebilir; bu durumu ifade etmek için çözünürlük kavramı kullanılır. Belirli bir sıcaklık ve basınçta 100 g ya da 100 cm³ çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Çözünürlük birimi genellikle "g/100 g su" olarak ifade edilir.

Örneğin sodyum klorür (NaCl) bileşiğinin sudaki çözünürlüğü 20°C'de 35,7 g/100 g su'dur; bu, sodyum klorürün belirtilen şartlarda 100 g suda 35,7 gramdan daha fazla çözünmeyeceği anlamına gelir. Bu miktarın üzerinde eklenen madde çözünmeden kabın dibine çöker.

Sıcaklığın Çözünürlüğe Etkisi

Katılar, farklı sıcaklıklarda farklı çözünürlük değerlerine sahiptir. Örneğin potasyum nitrat (KNO₃) bileşiğinin sudaki çözünürlüğü 20°C'de 31,6 g/100 g su iken 80°C'de 167,1 g/100 g su'dur — sıcaklık arttıkça çoğu katının çözünürlüğü artar. Çözünürlük, maddelerin tanımlanmasında önemli bir ayırt edici özellik olarak kabul edilir ve kimya, biyoloji gibi birçok bilim alanında; özellikle çözeltilerin hazırlanmasında, tepkimelerin kontrol edilmesinde ve laboratuvar uygulamalarında bu bilgiye ihtiyaç duyulur.

Örnek: Sakkaroz ve Sodyum Klorürün Soğutulmasıyla Çökelme Karşılaştırması

Sakkarozun (C₁₂H₂₂O₁₁) sudaki çözünürlüğü 20°C'de 201,9 g/100 g su, 60°C'de 288,9 g/100 g su'dur. Sodyum klorürün (NaCl) çözünürlüğü ise 20°C'de 35,7 g/100 g su, 60°C'de 37,1 g/100 g su'dur.

60°C'de 288,9 g sakkaroz ve 37,1 g NaCl, ayrı ayrı 100 g suda tamamen çözülerek doymuş çözeltiler hazırlanır. Her iki çözelti 20°C'ye soğutulduğunda:

• Sakkaroz çözeltisinde: 20°C'deki çözünürlük 201,9 g/100 g su olduğundan, 288,9−201,9 = 87 g sakkaroz çökelek oluşur.
• NaCl çözeltisinde: 20°C'deki çözünürlük 35,7 g/100 g su olduğundan, 37,1−35,7 = 1,4 g NaCl çökelek oluşur.

Sakkaroz çözeltisinde çok daha fazla katı çöker, çünkü sakkarozun çözünürlüğü sıcaklıkla çok daha keskin bir şekilde değişirken (201,9→288,9), NaCl'nin çözünürlüğü sıcaklıkla neredeyse sabit kalır (35,7→37,1). Bu örnek, çözünürlüğün sıcaklığa bağımlılık derecesinin maddeden maddeye büyük ölçüde değişebileceğini gösterir.

Örnek: Yapay Deniz Suyu Hazırlama

Yapay deniz suyu, çeşitli bileşiklerin (NaCl 23,45 g, MgCl₂ 4,98 g, Na₂SO₄ 3,92 g, CaCl₂ 1,10 g, KCl 0,66 g, NaHCO₃ 0,192 g, KBr 0,096 g, H₃BO₃ 0,026 g, SrCl₂ 0,024 g, NaF 0,003 g) 1 kg suda çözünmesiyle elde edilir. Bu tablodan, en fazla kullanılan maddenin NaCl (deniz suyunun ana tuzu), en az kullanılan maddenin ise NaF olduğu görülür — bu oranlar 2 kg su kullanıldığında da aynı orantıyla (her bileşenin miktarı ikiye katlanarak) korunur.

Örnek: Sıcaklık-Çözünürlük Grafiğinin Yorumlanması

X ve Y adlı iki farklı katının sıcaklık-çözünürlük grafiği incelendiğinde, sıcaklık 0°C'den 100°C'ye çıkarıldığında her iki maddenin çözünürlüğü de artar (grafikteki eğimin pozitif olduğu varsayılırsa) — ancak artış oranları maddeden maddeye farklı olabilir. 50°C'de doygunluğa ulaşmış (çözebileceği en fazla katıyı çözmüş) X ve Y çözeltilerinde çökelme gözlemlemek için, çözeltilerin sıcaklığının düşürülmesi gerekir: sıcaklık düştükçe çözünürlük genellikle azalacağından, çözeltide daha önce çözünmüş olan fazla madde miktarı çökelek olarak ayrışır.

Özet

• Çözünürlük, belirli bir sıcaklık ve basınçta 100 g (veya 100 cm³) çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarıdır (g/100 g su); bu değerin üzerinde eklenen madde çözünmeyip dibe çöker.
• Katıların çözünürlüğü genellikle sıcaklıkla artar, ancak bu artışın derecesi maddeden maddeye büyük farklılık gösterebilir (örneğin sakkarozun çözünürlüğü sıcaklıkla NaCl'ninkinden çok daha hızlı artar).
• Doymuş bir çözelti soğutulduğunda, yeni sıcaklıktaki çözünürlüğü aşan miktar çökelek olarak ayrışır; bu ilke şekerleme yapımı, kristal büyütme ve laboratuvar saflaştırma tekniklerinde pratik olarak kullanılır.