Koligatif Özellikler

Kışın yola tuz serpilir, radyatöre antifriz konur: suya karışan tanecikler suyun davranışını değiştirir. Solda saf su, sağda tuzlu su var. Tuzlu suda su moleküllerinin arasına Na⁺ (mor) ve Cl⁻ (yeşil) iyonları karışmış.

Sıvının yüzeyindeki bazı su molekülleri kopup kabın üstündeki boşluğa kaçar; buna buharlaşma denir. Kap kapalı olduğu için kaçanlar ile sıvıya geri dönenler zamanla dengelenir.

Buhar molekülleri kabın duvarlarına çarparak basınç yapar; buna buhar basıncı denir. 25 °C'de saf suyunki 24 mmHg'dir. Tuzlu suyun göstergesi daha düşük: 21,0 mmHg.

Yüzeye yaklaşalım. Tuzlu suda yüzeydeki yerlerin bir kısmını iyonlar tutar ve iyonlar buharlaşmaz. Bu yüzden birim zamanda daha az su molekülü kaçar ve buhar basıncı düşer.

1 kg suda 55,6 mol su var. 4 mol NaCl, 8 mol iyon verir (4 Na⁺, 4 Cl⁻): $X_{\text{su}} = \tfrac{55{,}6}{63{,}6} = 0{,}874$. Buhar basıncı bu oranda düşer: $0{,}874 \cdot 24 = 21{,}0$ mmHg.

Kapakları kaldırıp ısıtalım. Sıvının içinde kabarcık oluşabilmesi için buhar basıncı dış basınca (1 atm) ulaşmalıdır. Saf suyun sütunu 1 atm çizgisine 100 °C'de ulaşır; su kaynar ve sıcaklığı 100 °C'de kalır.

Tuzlu suyun buhar basıncı düşük olduğundan 1 atm'ye ulaşmak için daha çok ısınmalıdır. Su için $K_k = 0{,}52$; 4 molal NaCl'de $i = 2$: $\Delta T_k = 0{,}52 \cdot 4 \cdot 2 = 4{,}16$ °C. Kaynama 104,16 °C'de başlar.

Soğutunca su molekülleri altıgen bir örgüye dizilir: buz. Saf su 0 °C'de donar. İyonlar örgüye girmez, dizilmeyi zorlaştırır; tuzlu su $1{,}86 \cdot 4 \cdot 2 = 14{,}88$ °C daha aşağıda, −14,88 °C'de donmaya başlar.

Her behere birer birim düşüyor. Glikoz suda molekül olarak kalır: 1 tanecik. NaCl 2, CaCl₂ 3 iyona ayrılır. Aynı molalitede kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası alçalması tanecik sayısıyla ($i$) orantılıdır.

Soldaki behere üç glikoz molekülü, sağdakine bir CaCl₂ düşüyor: ikisinde de 3 tanecik var, kaynama ve donma noktaları da aynı olur. Koligatif özellik çözünenin türüne değil, tanecik derişimine ($m \cdot i$) bağlıdır.

Saf su kaynarken sıcaklığı 100 °C'de sabit kalır. Tuzlu suda yalnızca su buharlaşır; iyonlar kapta kalır ve sıklaşır. Molalite arttıkça kaynama sıcaklığı da yükselmeyi sürdürür: grafik düz değil, eğimli.

Yarı geçirgen zar suyu geçirir, şeker moleküllerini geçirmez. Su, tanecik derişimi küçük taraftan büyük tarafa kendiliğinden geçer: sağ kol yükselir. Yükselen sütunun basıncı osmozu durdurur.

Deniz suyu koluna osmotik basınçtan ($\pi$) büyük bir basınç uygulanırsa su ters yönde akar: zardan saf su koluna geçer, iyonlar geride kalır. Deniz suyundan içme suyu böyle elde edilir.

Uçucu olmayan bir madde çözününce buhar basıncı düşer, kaynama noktası yükselir, donma noktası alçalır, osmoz başlar. Dördü de yalnızca tanecik derişimine ($m \cdot i$) bağlıdır; su için $K_k = 0{,}52$, $K_d = 1{,}86$.