ÖABT Fen Bilimleri Kimya: Maddenin Halleri ve Çözeltiler konu anlatımı

Maddenin halleri ve çözeltiler, ÖABT Fen Bilimleri kimya sorularının en çok hesap içeren konularından biridir. Ortaokulda 6. sınıf "Maddenin Tanecikli Yapısı ve Isı", 7. sınıf "Saf Madde ve Karışımlar" ve 8. sınıf "Maddenin Halleri ve Isı Etkileşimi" (ısı alışverişi, hal değişimi grafikleri) bölümlerinde işlenen kavramların lisans düzeyindeki karşılığı burada toplanır.

Konu iki parçadır: maddenin halleri (katı–sıvı–gaz, hal değişimleri, buhar basıncı ve kaynama, gazların davranışı, hal değişiminde ısı hesabı) ve çözeltiler (çözünme, çözünürlük ve etkileyen faktörler, derişim birimleri, seyreltme–karıştırma, koligatif özellikler). Sorularda kavramsal yorumun yanında kütlece yüzde, molarite ve ısı hesabı neredeyse her sınavda yer alır.

Hâller ve hal değişimleri

• Saf maddelerin hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır; alınan ısı tanecikler arası etkileşimleri yenmek için kullanılır.

Isı hesabı

• Sıcaklık değişimi: Q = m · c · ΔT (su için c = 1 cal/g·°C ≈ 4,18 J/g·°C).
• Hal değişimi: Q = m · L (su için erime ısısı Lₑ = 80 cal/g, buharlaşma ısısı Lᵦ = 540 cal/g).
• Çok aşamalı ısıtmada her aşamanın ısısı ayrı hesaplanıp toplanır.

Buhar basıncı ve kaynama

• Kapalı kapta sıvı ile buharı arasında dinamik denge kurulduğunda buharın yaptığı basınca denge buhar basıncı denir.
• Saf bir sıvının buhar basıncı yalnızca sıcaklığa (ve sıvının cinsine) bağlıdır; sıvının miktarına, kabın hacmine ve yüzey alanına bağlı değildir.
• Kaynama: Sıvının buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda gerçekleşir. Dış basınç düşerse (yüksek rakım) kaynama noktası düşer; düdüklü tencerede basınç arttığı için su 100 °C'nin üzerinde kaynar.
• Tanecikler arası çekim güçlendikçe buhar basıncı düşer, kaynama noktası yükselir.

Gazlar

• İdeal gaz denklemi: P · V = n · R · T (R = 0,082 L·atm/mol·K; T kelvin cinsinden, T = t + 273).
• Normal şartlarda (NŞA, 0 °C ve 1 atm): 1 mol ideal gaz 22,4 L hacim kaplar.
• Boyle (sabit n, T): P₁V₁ = P₂V₂. Charles (sabit n, P): V₁/T₁ = V₂/T₂. Gay-Lussac (sabit n, V): P₁/T₁ = P₂/T₂. Avogadro (sabit P, T): V ∝ n.

Çözünme ve çözünürlük

• Katıların çözünürlüğü çoğunlukla sıcaklıkla artar. Gazların sudaki çözünürlüğü sıcaklık artınca azalır, gazın kısmi basıncı artınca artar (Henry yasası; gazlı içeceklerin kapağı açılınca köpürmesi).
• Çözünme hızını karıştırma, tanecik boyutunu küçültme ve sıcaklık artırır; ancak karıştırmak ve toz hâline getirmek çözünürlüğü değiştirmez.

Derişim birimleri

Koligatif özellikler

• Çözünen tanecik sayısına bağlı olan, cinsine bağlı olmayan özelliklerdir: buhar basıncı düşmesi, kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması, osmotik basınç.
• ΔTₖ = Kₖ · m · i ve ΔTd = Kd · m · i (su için Kₖ = 0,52, Kd = 1,86 °C·kg/mol; i: bir formül biriminden oluşan tanecik sayısı; glukoz için 1, NaCl için 2, CaCl₂ için 3).
• Kışın yollara tuz serpilmesi ve araç radyatörlerine antifriz eklenmesi donma noktası alçalmasının uygulamalarıdır.

Örnek 1. 20 g NaOH suda çözülerek 500 mL çözelti hazırlanıyor. Çözeltinin molar derişimi kaçtır? (NaOH = 40 g/mol)

Çözüm: n = 20 / 40 = 0,5 mol. V = 500 mL = 0,5 L. M = 0,5 / 0,5 = 1 M.

Örnek 2. 30 g şeker 120 g suda tamamen çözünüyor. Çözeltinin kütlece şeker yüzdesi kaçtır?

Çözüm: Çözelti kütlesi = 30 + 120 = 150 g. Kütlece % = (30 / 150) · 100 = %20. Paydaya yalnızca su kütlesini yazmak (30 / 120 = %25) sık yapılan bir hatadır.

Örnek 3. 200 mL 3 M HCl çözeltisine su eklenerek hacim 600 mL'ye tamamlanıyor. Yeni çözeltinin derişimi kaç M'dir?

Çözüm: Seyreltmede çözünenin mol sayısı değişmez: M₁V₁ = M₂V₂ → 3 · 200 = M₂ · 600 → M₂ = 600 / 600 = 1 M. (Mol sayısı 3 · 0,2 = 0,6 mol; 0,6 / 0,6 L = 1 M.)

Örnek 4. 0 °C'deki 100 g buzu 20 °C'de su hâline getirmek için kaç kilokalori ısı gerekir? (Lₑ = 80 cal/g, c(su) = 1 cal/g·°C)

Çözüm: Önce buz erir (sıcaklık sabit): Q₁ = m · Lₑ = 100 · 80 = 8000 cal. Sonra su 0 °C'den 20 °C'ye ısınır: Q₂ = m · c · ΔT = 100 · 1 · 20 = 2000 cal. Toplam Q = 8000 + 2000 = 10 000 cal = 10 kcal.