Karışımlar

Birden fazla maddenin, kendi özellikleri değişmeden bir araya gelmesiyle oluşturdukları sisteme karışım denir. Karışımı oluşturan maddelere bileşen denir. Günlük hayatımızda karşılaştığımız hava,
su, meyve suyu, süt, çimento ve toprak birer karışımdır.

Karışımlar homojen ya da heterojen olabilir. Suda bir kaşık şeker çözündüğünde, bileşimi her tarafında aynı olan bir homojen karışım elde edilir. Buna karşın, şeker ile demir tozları karıştırılırsa şeker taneleri ile demir tozları karışım içinde görülebilir haldedir. Bu tür karışım, bileşimi her yerinde aynı olmaması nedeniyle heterojen karışım olarak adlandırılır. Heterojen karışımlar genellikle homojen karışımlardan kolaylıkla ayırt edilir. Homojen karışımlar, çözeltiler olarak adlandırılır. 

Çözeltinin birim hacminde veya çözücünün birim kütlesinde çözünen maddenin miktarına derişim denir. Derişimin düşük olduğu çözeltilere seyreltik çözeltiler, yüksek olduğu çözeltilere ise derişik çözeltiler denir. Çözeltinin çözünen ile doyduğu andaki derişimi, çözünürlüğe eşittir.

Bir çözelti hazırlarken doymuş bir çözeltide bulunması gereken çözünenden, daha az miktarda bir çözünenin çözünmesi durumunda doymamış çözelti oluşur.

Çözeltideki çözünen madde miktarı, doymuş çözeltidekinden daha fazladır. Bu tür çözeltilere aşırı doymuş çözelti denir. Bu çözeltiler çok karasızdırlar, çözeltiye birkaç tane çözünen kristali eklenmesiyle hemen doymuş çözelti haline geçerler.

Su molekülleri ile hidrojen bağları kurarak suda çözünen moleküllere suyu seven, hidrofilik moleküller denir. 

Bir çözeltinin tanımlanabilmesi için, çözeltinin belirli hacminde ne kadar madde çözündüğünün bilinmesi önemlidir. Bu amaçla çözeltiler derişim terimleriyle ifade edilir. Derişim; bir çözücü
veya çözeltide çözünen madde miktarının bir ölçüsüdür.

1 mg/L’lik bir çözeltide çözünen maddenin miktarı 0,001 g/L ise, böyle bir çözeltinin derişimi milyonda bir kısım (ppm) olarak belirtilir. 

Genel olarak iyonik bileşiklerin çözünürlüğü sıcaklıkla artar. Denge konumunda bulunan bir sisteme ısı verilirse, ısı alan (endotermik) bir tepkime için sıcaklık artınca, çözünenin çözünürlüğü artar. Buna karşın ısı veren (ekzotermik) bir tepkime için ise sıcaklık artışı ile çözünürlük azalır. Genel olarak uçucu olmayan iyonik bileşiklerin çözeltileri için çözünürlüğe basıncın etkisi yoktur.
Bir gazın bir sıvı içindeki çözünürlüğü, genellikle gaz basıncıyla doğru orantılı olarak artar (Henry Yasası). Basınç arttıkça gazın çözücü ile etkileşimi artar, böylece gazın çözünürlüğü de artmış olur. Sıvının üzerindeki gaz, karışım ise (hava gibi) her bir bileşenin
çözünürlüğü, bileşenlerin kısmi basıncına bağlıdır. Gazların çözünürlüğüne sıcaklığın etkisi için bir genelleme yapmak zor olsa da, çoğu gazın sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır.

Çözünen maddelerin kimyasal özelliklerine değil, sayılarına bağlı olan özelliklere kolligatif özellikler denir. Çözüneni uçucu olmayan çözeltilerin kolligatif özellikleri; buhar basıncı düşmesi, kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması ve osmotik basınçtır.

Ters osmoz, saf çözücüden çözeltiye çözücü moleküllerinin geçmesine neden olan ozmotik basıncın üzerinde bir basıncın çözeltiye uygulanması sonucu, çözücü akışının ters yöne çevrilmesi
ile çözeltiden çözücünün ayrılması olayıdır. Ters osmoz, deniz suyundan saf su elde edilmesinde veya atıksuların çevreye verilmeden önce içindeki çözünmüş zararlı maddelerin arıtılmasında kullanılmaktadır.

Kolloid; çapları 1 nm ila 1 mm arasındaki taneciklerin (dağılan faz) başka bir madde içinde (dağılma ortamı) dağılmasıyla oluşmuş bir karışımdır. Kolloidal tanecikler birçok molekülden büyük olmalarına rağmen, bir optik mikroskop ile görülemeyecek kadar da küçüktürler. Kolloidler, mikroskopla görülemeyecek kadar küçük fakat ışığı saçacak kadar büyük taneciklerin oluşturduğu süspansiyonlardır.

Kolloidler kendilerini oluşturan bileşenlerin fazlarına göre sınıflandırılırlar. Bir katının bir sıvı içinde dağılmasıyla oluşan süspansiyona sol ve bir sıvının diğer bir sıvı içinde dağılmasıyla oluşan yapıya ise emülsiyon denir. Örneğin; kumlu su bir sol olup silikanın su içinde dağılmasıyla oluşur. Mayonez bir emülsiyon olup, yağ içinde asılı su damlacıklarından oluşur. Köpük ise bir sıvı veya katı içinde bir gazın dağılmasıyla oluşan bir süspansiyondur.

Sulu kolloidler dağıtılan madde ve su arasındaki moleküle etkileşimlerin kuvvetine bağlı olarak hidrofilik ve hidrofobik olarak sınıflandırılabilir. Yağ molekülleri ile su molekülleri arasında çok az bir çekim kuvveti olduğundan, su içinde yağ (süt gibi) ve yağ içinde su (mayonez gibi) süspansiyonları hidrofobik kolloidlerdir. Jelatin içindeki proteinlerin makromolekülleri sıcak suda açılır ve su ile hidrojen bağları oluşturur. Karışım soğuduğunda, protein zincirleri tekrar birbirine bağlanır ve üç boyutlu bir yapı oluşturmak üzere büzülürler ve bu arada içlerine pek çok su molekülü ile birlikte şeker, boya ve tatlandırıcıyı da hapsederler.

Zsigmondy, bu olayı mikroskop altında kolloidal partiküllerin gelişigüzel hareketi olarak tanımlamıştır. Bir çözelti veya süspansiyon içindeki küçük parçacıkların, su moleküllerine gelişi güzel çarpmasından ileri gelen hareketlere Brown hareketleri denir. Bu hareketler, taneciklerin hızları ve boyutları ile ters orantılı olup ortamın viskozitesine bağlıdır. Kolloidal haldeki küçük tanecikler Brown hareketleri nedeniyle çökmeden kalırlar. 

Difüzyon, gaz veya sıvı moleküllerin sahip oldukları kinetik enerji yardımıyla rastgele yer değiştirmesidir. Difüzyon, Brown hareketlerinin doğrudan bir sonucudur. Kolloidal partiküller, yüksek derişimli bir bölgeden, düşük derişimli bir bölgeye doğru her iki bölgedeki derişimler eşitlenene kadar difüze olurlar.

Bir membranla ayrılmış iki çözeltideki iyonlardan bazıları membrandan geçebilirken, bazıları geçmiyorsa bir Donnan dengesi oluşur, bu elektrokimyasal bir dengedir. Donnan dengesinde membranın her iki yanındaki iyonların derişimleri birbirine eşit değildir, ancak membranın her iki yanı da elektriksel olarak nötürdür.

Bu durumda şeker kristali ile su etkileşim halindedir. Su molekülleri ile sakkaroz (şeker) molekülleri arasında hidrojen bağları oluşmaya başlar. Su molekülleri sakkaroz moleküllerini çözelti içine çeker (dipol-dipol etkileşimi), buna
karşın sakkaroz molekülleri daha içerideki sakkaroz molekülleri tarafından da zıt yönde çekilir. Su moleküllerinin çekim kuvveti daha büyükse yüzeydeki sakkaroz molekülleri kristalden ayrılır ve çözücüye geçerek etrafı su molekülleriyle sarılır (hidratasyon). Çözünen taneciklerin su dışında başka bir çözücü ile sarılmasına ise solvatasyon denir. 

Vücudu susuz kalmış bir kişinin vücut sıvısını yeniden normal düzeye getirmek için damar içi enjeksiyon yapılırken saf su kullanılmaz. Bunun için, osmotik basınç değeri tam olarak bilinen, yani belli derişimde çözünen içeren bir çözeltinin verilmesi gerekir.

Çözelti oluşurken saf çözücü ve saf çözünen moleküllerinin kendi aralarındaki çekim kuvvetlerinin yerini, çözücü-çözünen çekim kuvvetleri alır. Benzer benzeri çözer kuralı buradan çıkar. Örneğin; sabunlar, uzun zincirli karboksilik asitlerin sodyum tuzlarıdır. Bu organik asitlerin anyonlarının apolar hidrokarbon zincirinin bir ucunda baş grubu denilen bir polar karboksil (–COO–) grubu vardır. Baş grubu hidrofilik ya da su çekici iken, apolar hidrokarbon kuyrukları hidrofobik veya su iticidir. Buna göre anyonun hidrofilik baş grubu suda, hidrofobik hidrokarbon kuyrukları da yağ ile etkileşir. Hidrokarbon kuyrukları yağı çevreleyerek iç kısımda hapsederken polar baş gruplar dışta kalır. Böylece suda çözünebilen yağ sabun yumağı oluşur. Bu oluşuma misel denir.