Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük

Prof.Dr. M. Levent AKSU İle

Fazlar ve Çözünürlük
Prof.Dr. İbrahim USLU

Faz nedir
• Bir sistemin tektür (homojen) bir parçası olan ve sistemin diğer
parçalarından kesin bir sınırla ayrılmış olan bölüme faz denir.
• Bu tanıma göre bir kap içindeki su, üzerindeki su buharı ile
beraber iki fazdan oluşan; buzlu su ise, üç fazdan oluşan bir
sistemdir.


Suyun Fazları


Faz Sayısı, P
• Sistemdeki faz sayısı P ile gösterilir .
• Örneğin bir gaz karışımı veya kristal haldeki bir katı tek
fazlıdır .
• Ancak su-buz karışımı iki fazlı bir sistemdir .


Faz nedir?
• Faz kelimesi Yunanca da “görünüş” anlamındadır . Faz
maddenin hem kimyasal hem de fiziksel açıdan homojen olan
haline denir .
• Maddelerin tek bir sıvı ve tek bir gaz fazı varken katı halde
deki faz sayısı birden fazla olabilir.(Örneğin beyaz fosfor,
kırmızı fosfor )
• Bileşenden kasıt ise sistemde bulunan tür sayısıdır . Örneğin
ikili bir sistem çözücü ve çözünen bileşenlerinden oluşur .


Katı Halde Birden Fazla Faz
• Maddelerin tek bir sıvı ve tek bir gaz fazı varken katı halde
deki faz sayısı birden fazla olabilir.
• Örneğin beyaz fosfor, kırmızı fosfor gibi fosfor birden fazla
katı fazı vardır.
• Beyaz fosfor çok tehlikelidir.
• Kimyasal silah olarak kullanılabilir.


Beyaz Fosfor
• Fosfor dumanının teneffüs edilmesi ciğerlerde ani yaralar oluşmasına ve
teneffüs eden kişinin havasızlıktan boğulmasına yol açmaktadır.
• Hemen sonraki aşamada insan vücudu içten dışa doğru yanmaktadır.
• Çoğu kez, beyaz fosforla yanan kişinin elbiselerinde fazla iz meydana
gelmemekte, yanma reaksiyonu vücut içinden cilde kadar sürmektedir.
• Beyaz fosfor kullanımı sonrasında çekilen fotoğraflar, kemiklerine kadar
yanmış, ancak elbiseleri pürüzsüz kurbanlar bulunduğunu ortaya koymuştur.
• Yanma reaksiyonu bir kez başladığında durdurulamamaktadır. Nihai
etki,napalmın aynısı, hatta daha kötüsüdür.


Bileşen sayısı, C
• Dengede bulunan bir sistem bileşiminde kimyasal formül ya da
denklem şeklinde gösterilebilen, kimyaca bağımsız maddelerin
sayısıdır.
• Örneğin, dengeli karışım şeklindeki buz, su ve su buharının
bileşen sayısı 1 'dir; çünkü her üç faz "H20" kimyasal formülü ile
gösterilebilir veya yağ, su ve emülgatörden oluşan 2 fazlı bir
sistem olan emülsiyon ise 3 bileşenli bir sistemdir.


Bileşen sayısı, C
• Sistemdeki bileşenlerin sayısı C sistemde bulunan fazların
bileşimlerini tanımlamak için gerekli minimum sayıda bağımsız
türdür.
• Eğer sistemde bulunan türler birbirleri ile reaksiyona
girmiyorlarsa ,sistemde bulunan bileşenlerin sayısı bulunan
türlerin sayısıdır.
• Örneğin saf su tek bileşenli, su/ metanol karışımı ise iki
bileşenli bir sistemdir .
• Saf bir gaz için C değeri, sistemde tek bir çeşit molekül
• veya bileşen olduğu için 1'dir.


Faz kuralının tek bileşen içeren bir sisteme uygulanması
sonucu hesaplanan serbestlik dereceleri (F)


Reaksiyonlu Sistemlerde Bileşen sayısı
• Ancak sistemde bulunan türler reaksiyona girip bir denge
oluşturuyorlarsa durum değişir.

• Örneğin

• NH4Cl(k)NH3(g) + HCl(g)

• Reaksiyonunu alalım . Görüldüğü gibi sistemin her iki fazı
da “NH4Cl” formal yapısındadır . Bu durumda sistem tek
bileşenlidir. Ancak sisteme bir miktar HCl katarsak HCl
ve NH3’ün bağıl değerleri artık gelişigüzel bir haldedir ve
sistem çok bileşenli bir haldedir. Prof.Dr. İbrahim USLU

Örnek
• CaCO3(k)  CaO(k) + CO2(g) Sistemini alalım .

• Bu iki bileşenli bir sistemdir. Çünkü CaO tek başına CaCO3(k)’ın bileşimini
tanımlamaz.

• Ayrıca bu üç tür reaksiyon stokiometrisi ile birbirine bağlı olduklarından
ister saf CaCO3(k) ister saf CaO(k) isterse saf CO2(g) veya her
üçünden de gelişigüzel miktarlarda alalım sistem daima iki bileşenlidir.

• Sistemde bulunan bileşenlerin sayısı

• C=S-R

• şeklinde tanımlanır . Burada S: Her iki faz sisteminde bulunan farklı
türlerin sayısı R: Bu türler arasında bulunan ilişkilerin sayısı ( örneğin
denge reaksiyonları veya yük nötralliği )

Sulu sukroz çözeltisi

• Sistemde bulunan türler (S) = 2 (su ve sukroz molekülleri )

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) = 0

• C=2-0=2


Sulu NaCl çözeltisi

• Sistemdeki türler (S)= 3 (su molekülleri , Na+ ve Cl- iyonları )

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) =NaCl→ Na+ ve Cl- (Yük
nötralliği) =1

• C= 3 -1 = 2


Sulu fosforik asit
• Sistemdeki türler (S)= 6 ( H2O, H3PO4, H2PO4-, HPO42-, PO43-, H+)

• Aralarındaki ilişki sayısı ( R) =4

• Bunları listeleyelim

• i) asit dengeleri

• H3PO4(sulu) H++ H2PO4-(sulu)

• H2PO4-(sulu)  H++ HPO42-(sulu)

• HPO42-(sulu)  H++ PO43-(sulu)

• ii) Yük nötralliği

• H3PO4 (sulu)  3H+ + PO43-(sulu)

• C=6–4=2

Gıbbs’in Faz Kuramı
• İki faz denge halinde ise
 (T, P)   (T, P)

• eğer üç faz denge halinde ise
  (T, P)   (T, P)    (T, P)

• Bu denklem aynen iki bilinmeyenli bir denklem gibi sabit T ve
P değerlerinde çözüm verir .
• Serbestlik derecesi (F) = Sağlanması gereken minimum denklem sayısı
veya bir sistemde belirtilmesi gereken minimum değişken sayısıdır .
•


Şimdide P tane faz ve C tane bileşen içeren
bir sistem için

• Önce şiddet veya intensif özellikleri sayalım :
– Basınç (P)

– Sıcaklık(T) .

• Bunun yanı sıra fazın bileşimini tanımlamak için C-1 tane bileşenin mol
kesirlerinin verilmesi gerekir (x1 +x2 + ……+ xC = 1) .

• Burada P tane faz olduğuna göre toplam mol kesri sayısı :P (C -1) .
Bu durumda toplam değişken sayısı :

• P (C -1)+2 olur.


Denge halinde bir J maddesini her bir
fazdaki kimyasal potansiyeli eşittir
• J,  J,  ...... ( P tane faz için )

• Dolayısıyla her J bileşeni P -1 tane denklem sağlamalıdır .
• (aradaki her = işareti sağlanması gereken bir denklemi
göstermektedir) .
• Bu durumda her bir fazda C tane bileşen olduğuna göre
sağlanması gereken toplam denklem sayısı C(P- 1) olur .


• Fazlar arasında oluşan denge İncelenirken, Gibbs tarafından
önerilen eşitlik kullanılır:

• Burada C, sistemdeki bileşen veya bileşen çeşidi sayısını; P
ise, sistemdeki faz sayısını göstermektedir. F değeri de
serbestlik derecesidir.
• Bu değer, sistemin mevcut durumunu koruyabilmesi veya
sistemin tümüyle tanımlanabilmesi için bilinmesi gereken en az
değişken sayısını verir.
• Bu değişkenler sistemi tanımlayan basınç, sıcaklık veya sistemi
oluşturan bileşenlerin oranlan gibi değişkenlerdir


Serbestlik derecesi
• Sistemin tanımlanması için gerekli olan değişken sayısıdır.
• Bu değişkenler, sıcaklık, basınç, konsantrasyon, kırılma indisi
ve viskozite gibi özelliklerdir.
• Elimizdeki su buharından oluşan bir sistemi tam olarak
tanımlayabilmek için sıcaklığın yanısıra ya hacim, ya basınç ya
da başka bir özelliğinin de bilinmesi gerekir.
• Sistemin 2 serbestlik derecesi vardır.
• Su ve su buharından oluşan bir sistemi ise, sadece sıcaklığı
bildirerek tanımlayabiliriz.


Faz kurallarının tek bileşenli sistemlere uygulanışı

• Su ve su buharını üçüncü faz olan buz oluşana kadar
soğuttuğumuzu düşünelim.
• Bu durumda, faz kuralına göre sistemin serbestlik derecesi
sıfırdır, yani sistem tamamen tanımlanmıştır.

Üçlü nokta hesaplanan bir değer değildir
• Maddenin üç halinin (katı, sıvı, gaz) aynı anda termodinamik denge
halinde olduğu sıcaklık ve basınç değerine üçlü nokta denir.
• Her madde için bu nokta sadece bir tanedir.
• Örneğin suyun üçlü noktası 273,16K(0,010C) ve 611,73 paskaldır.
• Yani üçlü nokta su donma noktasından (00C) az yukarıda,
atmosfer basıncının yaklaşık 1/166 i kadar basınç değerinde
katı, sıvı, gaz halleri denge de olacak şekilde bulunuyor.
• Suyun her üç fazının bir arada dengede bulunduğu
• koşul (0.006 atm, 0.0098°C), suyun üçlü noktası (triple
• point) olarak adlandırılır.
• Bu özel noktanın F değerinin sıfır olduğunu hesaplamıştık
• Üçlü nokta hesaplanan bir değer olmadığı için
termometrelerin kalibre edilmesinde de kullanılmaktadır.

Üçlü nokta
• Normal şartlar altında su 0°C'de donmasına rağmen, hava basıncının 1
atm'den 0.006 atm'e indirilmesi ile donma sıcaklığı yükselerek 0.0098°C
olur. Üçlü noktanın altındaki basınç değerlerinde buz halindeki su, sıcaklığın
arttırılması ile sıvılaşmadan buhar fazına geçer (süblimasyon).

http://www.spiritualizm.com


Üçlü nokta


Örnek 1
• Etil alkol ve etil alkol buharı.
• 1. Faz: etilalkol
• 2. Faz: etilalkol buharı
• Her iki faz, C2H5OH ile gösterilir. Yani C = l'dir.
• F-1-2+2
• F=1
• Bu demektir ki sistem, bir özellik ile (sıcaklık, ya da basınç vs)
tanımlanabilir.


Örnek 2
• Su + Su buharı + Etilalkol
• 1. faz: su ve etilalkol (tamamen karışır)
• 2. faz: su buharı

• Bileşen sayısı: 2 (1. Bileşen su, 2. bileşen etilalkol)

• F = C - P + 2,
• F=2-2+2
• F = 2 bulunur.

• Demek ki, etilalkol ve su karışımından oluşan bir sistem, 2
değişkenle tanımlanır.

Örnek 3
• Su + Sıvı benzilalkol + Su buharı

• 1. Faz: Su
• 2. Faz: Su buharı
• 3. Faz: Benzilalkol

• Bileşen sayısı (1. Bileşen su ve 2. bileşen benzilalkol)
• F = 2 - 3 + 2 den,
• F=1
• Demek ki, kısmen karışabilen su-benzilalkol sistemi, 1
değişkenle tanımlanabilir.


Örnek 4
• a)Buharı ile dengede olan sıvı su
• Bu sistem kimyasal bir tepkimenin olmadığı tek bir
bileşen katı ve sıvı olmak iki faz içeren bir sistemdir
• F= C +2-P = 1+2 -2 =1
• Bu sonuç verilen bir basınçta suyun tek bir kaynama
noktası olması gerçeği ile de uyum içindedir : Buharı ile
dengede olan su sistemi için buradan da görüldüğü gibi P
ve T’nin sadece biri bağımsız değişken olarak
seçilebilir,ikisi birden seçilemez


Örnek 5
• b)Su buharı ve alkol ile dengede olan sıvı su

• Burada da iki bileşen ve iki faz vardır
• F= C + 2 - P = 2+2 -2 = 2
• Burada buharı ile dengede olan suya inert N2 gazı katılırsa
sistemin karakteristiği değişir.
• Burada hem P hem de T bağımsız değişken olarak
seçilebilir. P ve T sabitse sistemin bileşimi de sabittir


Örnek 5
• c)Buharı ile dengede olan alkol ile sıvı suyun karışımı
• Burada da kimyasal tepkime olamayıp sistemde iki bileşen
ve iki faz vardır.
• F= C + 2 - P = 2+2 -2 = 2
• Ancak buradaki bu bağımsız değişkenler P,T ve buharın
bileşimidir. Bunlardan herhangi ikisi sabitse üçüncüsü de
otomatikman sabit olur


Örnek 6
• d)Yüksek sıcaklıkta katı karbon, O2,CO2 ve CO’nun
kimyasal dengede bulunduğu sistem
• İki fazlı sistem ve dört tane tür var . Ayrıca türler
arasında
• C(k) + O2 (g)  CO2 (g)
• C(k) + ½ O2 (g)  CO (g)
• Tepkimeleri de yazılabilir
• F=(S-R) +2-P = 4-2+2-2=2


Örnek 7
• e)Kısmen ayrışmış katı MgCO3

• Burada da ikisi katı biri gaz , 3 tane faz ve 3 tanede tür
vardır. Türler arasında da
• MgCO3(k) MgO(k)+ CO2 (g) tepkimesi vardır .
• F=(S-R) +2-P = 3 -1 +2-3 = 1


Örnek 8
• Kısmen ayrışmış katı NH4Cl
• Burada da bir katı biri gaz iki tane faz ve üç tane tür var
ve türler arasında
• NH4Cl(k)  NH3(g)+ HCl (g) tepkimesi vardır .
• F=(S-R) +2-P = 3 -1 +2-2 = 2


Faz diyagramı
• Belli bir maddenin katı, sıvı ve gaz durumunu veya birkaç
maddeden oluşan bir karışımın fiziksel görünümünün
değişimini, sıcaklık, basınç veya karışımın içeriğinin
fonksiyonu olarak gösteren grafiklere faz diyagramı
denmektedir.


İki bileşenli sistemler ve faz diyagramı
• Bazı sıvı maddeler her oranda birbirleri ile karışmalarına
rağmen bazılarını karıştırmak pratik olarak mümkün değildir.
• Sıvı maddelerin çoğu bu iki durum arasındadır ve değişik
oranları kullanılarak homojen karışımları elde edilebilir.
• Bu oranların saptanması için faz diyagramlarından yararlanılır.


Fenol ve su içeren bir sistemin faz diyagramı
• faz diyagramındaki "gbhci"eğrisi
tek fazlı ve iki fazlı bölgeyi
birbirinden ayıran, iki sıvı fazın
birbiri ile dengede olduğunu
gösteren sıcaklık ve fenol
derişimi değerlerini verir.
• Eğrinin dış kısmı her iki bileşenin
tektür (homojen) karışım yaptığı,
eğrinin iç kısmı ise, iki sıvının
karışmadığı karışmadığı bölgeyi
göstermektedir.
• İki bileşen taşıyan ve tek fazlı
olan kısım için F=3 olarak
hesaplanır.

Fenol ve su içeren bir sistemin faz diyagramı
• Faz diyagramında 50°C'de fenol
derişiminin % 11'e çıkması ile iki
sıvının birbiri ile karışmadığı ve fenol
açısından zengin fazın su fazının
altında biriktiği görülür. (b noktası).
• Fenol derişimi artırıldıkça, fenol
içeren faz miktarı artarken, su içeren
faz miktarı azalır.
• Fenol oranı % 63'ü geçince, fenol
içeriği fazla olan tek fazlı bir
• sistem oluşur.
• Tek fazlı sistem 66.8°C'nin
üzerindeki sıcaklıklarda fenol
oranından bağımsız olarak elde
edilir.


Salol - timol sistemi
• 2-Hydroxybenzoic acid phenyl ester; phenyl salicylate. Salol;
• Fenol salisilik esteri; salisilik asit fenilik esteri; analjezik ve antipiretik etkili ilaç;
enterik kaplı tabletleri romatizma, diyare ve farenjit tedavisinde, ointmentleri ise
güneş yanmasına karşı kullanılmıştır.

• Timol (Kekik Yağı) (Uçucu Yağ Asidi)
• Timol, arıları cezbedici kokular yaydığından kolonileri yağmacılığa açık hale getirir.
Kekik yaprağında bulunan timol, oldukça güçlü bir akar öldürücüdür.
• 80-120 mikron boyunda olan akarlar arıların göğsünde bulanan hava deliklerinin içine
girerek solunum borularına yerleşir. Akarlar burada çoğalarak yayılırlar. Akarlarla
bulaşık arıların kanatları sarkık ve titrektir.

Timol

akarlar

Salol - timol sistemi
• Salol - timol sistemine ait faz diyagramında dört bölge bulunur
• Birinci bölge tek bir sıvı fazdan oluşur.
• İkinci bölge katı salol ile salol ve timolden oluşan sıvı karışımdan oluşur.
• Üçüncü bölge katı timol İle salol ve timolden oluşan sıvı fazdan oluşur. Dördüncü
bölgede İse, salol ve timol katı halde bir karışım oluşturmuşlardır.
• Dördüncü Bölge ,Faz diyagramında da görüldüğü gibi, 13°C'nin altındaki
sıcaklıklarda her iki maddenin derişimden bağımsız olarak sistem, katı salol ve katı
timolden oluşmaktadır.
• Birinci hariç, diğer bölgeler iki faz İçermektedirler.


Salol - timol sistemi – X noktası
• X noktasında, % 60 timol ve % 40 salol içeren karışım 50°C'ye
ısıtıldığında, sistemin tek bir fazdan oluştuğu görülür.
• Sıcaklığın 29°C'ye indirilmesiyle sıvı faz içinde katı timol kristallerinin
oluştuğu gözlenir.


Salol - timol sistemi – Y noktası
• Y noktası için % 25 timol ve % 75 salol içeren 50°C'deki
• sıvı karışımın soğutulmasıyia 22°C'de sıvı faz içinde katı salol
kristallerinin oluştuğu gözlenir.
• Bileşenlerin derişimlerinden bağımsız olarak 13°C'nin altında
sistemde sıvı faz tümüyle ortadan kalkar.


Salol - timol sistemi ve ötektik noktası
• 13 °C sıcaklıkta % 34 timol ve % 64 salol içeren karışım hazırlandığında,
sistemde katı salol ve timol ile sıvı faz olmak üzere birbiri ile denge
durumunda olan iki faz oluşur. Bu noktaya ötektik nokta denir.
• Ötektik noktasında ortamda iki faz ve iki bileşen bulunması nedeniyle,
sistemin serbestlik derecesi 2 olarak hesaplanır ve sistemin bu durumda
kalabilmesi için iki değişkenin (sıcaklık ve madde oranları) değiştirilmemesi
gerektiği anlaşılır.


Salol - timol sistemi ve ötektik noktası
• Ötektik noktadaki karışım içinde bulunan salol ve timol kristalleri,
birbiri içinde karışmış küçük taneli bir yapı oluşturmuştur.
• Her iki maddenin kristalizasyonu aynı anda ve birarada gerçekleşir.


Ötektik nokta -Salamura
• İki veya daha fazla katının karışımının erime noktası, karışımı oluşturan
unsurların görece oranlarına bağlıdır.
• Terim Yunanca eutektos; 'kolayca eriyen'den gelmektedir.
• Tuzun suya katılması karışımın donma sıcaklığını azaltır. Belli bir noktanın üzerinde daha fazla
tuz ihtiva eden salamura, salamuranın donma noktasını azaltır. Ulaşılabilen en düşük donma
noktası için gerekli olan salamuranın ihtiva ettiği tam tuz miktarını veren orana “Ötektik karışım”
adı verilir. Bir ötektik karışımın donma sıcaklığına “ÖtektikSıcaklık” adı verilir.


Ötektik nokta -Salamura

• Donma hattının altında buz ve sıvı salamura birlikte bulunur.
• Karışım soğutuldukça buz oranı artar, sıvı salamura oranı azalır (21°C).
• Öteklik sıcaklık altında bütün karışımlar tamamen katı hale gelir.
• Ötektik noktanın ötesindeki katılaşma eğrisinin altında katı tuz ve sıvı
salamura sıcaklıkla değişebilen oranlarda beraber bulunurlar


Üç Bileşenli Sistemler
• Ayrıca çoğu zaman üç sıvı bileşenden
oluşan sistemler de çok kullanılmaktadır.
• Bunlara en çok bilinen örnek olarak
emülsiyonlar veya parfüm/su/alkol sistemi
verilebilir.
• Bunlar üç bileşenden oluşmalarına
rağmen, tek bir fazdan oluşan homojen
görünümlü olarak hazırlanabilirler.
• Bu durum bileşenlerin birbiri içinde kısmen
veya tümüyle çözünüp çözünmemesine
bağlıdır.


Üç bileşenli sistemler genellikle eşkenar üçgenlerle gösterilir

4813-

Üçgen faz diyagramlarının okunması
Birbiri ile tamamen karışan üç bileşenin faz diyagramını alalım

Burada bir R noktasının bileşen
analizini yapalım .
Buna göre hangi köşedeki bileşen
aranıyorsa ana karşı düşen
kenara bir paralel çizilir ve o
bileşenin değişim kenarıyla
kesiştirilir.
Örneğin C bileşenin arıyor olalım
buna göre AB kenarına bir paralel
çizilir ve buradan C bileşenin
miktarı bulunur.
Diğer iki bileşenden birinin miktarı
da aynı şekilde bulunduktan sonra
üçüncü bileşenin miktarı otomatik
olarak ortaya çıkar.

4913-

Üç Bileşenli Sistemler
Eğer iki bileşenin oranı(örneğin A/B) sabitse bu noktalar diğer bileşenin
kenarına göre aynı doğru üzerine düşerler, Örneğin
A)xA =0,20 ; xB =0,40 ; xC = 0,40
B)xA =0,10 ; xB =0,20 ; xC = 0,70
C)xA =0,30 ; xB =0,60 ; xC = 0,10
noktalarını alalım

5013-

Kısmen karışan sıvıların faz diyagramları
Birbiri ile çok az karışan eter ve su sistemi alalım ve bunları her
ikisiyle de tam olarak karışan etanol ekleyelim.


Sisteme eklenen ve her iki fazda da farklı oranlarda çözünen A maddesi
( ki burada etanol) her iki fazın birbiri ile karışma meylini artırır.
K noktasında A maddesinin her iki fazdaki çözünme miktarı aynı olur.
Burada M ve N noktalarında birbiri ile dinamik dengede bulunan iki tane
faz bulunur.
Dolayısıyla bu üç sıvını birbiri ile farklı oranlarda karıştırmak suretiyle
çeşitli sistemler oluşturulabilir. Her bir sistemin M ve N noktaları
farklıdır.Bu tip sistemlerin bir çoğunda MN doğrusun uzantısı BC kenarı
üzerinde L noktası ile belirlenen bir kutup noktası üstüne düşer.
Dolayısı ile bir karışımın X ve L noktaları ve çözünürlük eğrisi de belli ise
M ve N noktaları kolaylıkla bulunabilir.
X noktası için faz analizi

M+N=X
M / N  NX / MX


Sıcaklık etkisi
Şu ana kadar incelenen sistemler izotermal sistemlerdi. Yani sıcaklık
sabit tutuluyordu. Faz diyagramları sıcaklıkla büyük bir değişim
gösterir. Örneğin yukarıdaki sistemi alalım . Bileşenlerden biri kısmen
ikisi de tamamen karışıyorsa

Eğer sıcaklık çok düşürülürse heterojen bölge tamamen
diyagram kaplayabilir Prof.Dr. İbrahim USLU

Eğer iki faz kısmen ve biride tamamen karışıyorsa sıcaklığın azaltılması
aşağıdaki etkiye sebep olur.

Eğer üç fazda kısmen karışıyorsa


İki Farklı Tuzun Su İçindeki Çözünürlüğü
Burada duruma göre bir, iki ve üç fazlı bölgeler oluşabilir
Katyonları aynı olan tuzlarda genellikle hidratlaşma gözlenir .
Hidraşlaşma ile oluşan bileşik yeni bir fazdır .: Anyonları aynı olan
tuzlarda ise genellikle çift tuz veya hidrat halinde çift tuz elde edilir
Katyonları aynı olan tuzların verdiği faz diyagramları aşağıdaki gibidir


Şimdi de bu diyagramları teker teker yorumlayalım
(a)diyagramı

Burada DF eğrisi B’nin su içindeki çözünürlük eğrisi, EF eğrisi C’nin su
içindeki çözünürlük eğrisidir her ikisi de F noktasında doygunluğa erişir


(b)Diyagramı

Burada görüldüğü üzere B tuzu ile su arasında D hidrat bileşiği
(B.nH2O) oluşur.Ayrıca D bileşiği EF sıvısı ile C tuzu da HN sıvısı ile
denge halindedir.

(c)Diyagramı


Şimdi de anyonları aynı olan faz diyagramlarını detayına inmeden
inceleyelim


T-x diyagramı
• Birbiri ile katı halde bir karışım vermeyen iki bileşenin
(örneğin buz ve kristal halindeki madde) sıvı haldeki
karışımını düşünelim .
• Çözünenin sıvı fazdaki derişimi xB olsun . Böyle bir karışımın
T-x diyagramı


T-x diyagramı
• Çözücü olarak alınan A bileşeninin donma noktası a ile gösterilmiştir.
Çözünen olarak alınan B bileşeninin donma noktası genelde A’nınkinden
daha yüksek olup b noktası ile temsil edilmiştir. Eğer l sıvısı
soğutulursa m noktasında saf çözücü kristalleri , n sıvısı soğutulursa r
noktasında saf çözünen kristalleri oluşur . Buna göre ame eğrisi
çözücünün donma noktası veya çözünürlük eğrisi , bre eğrisi de
çözünenin donma noktası veya çözünürlük eğrisidir.
• Şimdi de çözünenin sıcaklık ile değişimini inceleyelim . Çözünürlük
eğrisi üzerinde sıvı faz ile katı faz arasında dinamik bir denge
kuruluştur . Çözünenini ideal çözelti içindeki kimyasal potansiyeline
B(k) , saf kristal halindeki kimyasal potansiyele de B(s)* diyelim


• Şimdi de çözünenin sıcaklık ile değişimini inceleyelim .
Çözünürlük eğrisi üzerinde sıvı faz ile katı faz arasında
dinamik bir denge kuruluştur .
• Çözünenini ideal çözelti içindeki kimyasal potansiyeline
B(k) , saf kristal halindeki kimyasal potansiyele de B(s)*
diyelim


• Sabit sıcaklık ve basınçta çözünenin katı fazdaki kimyasal
potansiyeli sabitken çözeltideki kimyasal potansiyeli
derişime bağlıdır .
• Çözeltinin doygunluk derişimine x dersek xB < x ise B(s) >
B(k) olur ve sıvı fazdan katı faza kimyasal potansiyeller
eşit olana dek madde akışı olur . Dinamik denge
kurulduğunda
• B(k)(T,P) = B(s)(T,P,x)

• B(k)(T,P)= B(s)* + RTlnx

• Dolayısıyla

• lnx = (B(k) - B(s)*) / RT Prof.Dr. İbrahim USLU

Buharlaştırma ve sonra kristallendirme
• Seyreltik bir çözeltiden daha derişik bir çözelti elde etmek
için çözücünün sabit basınç altında uzaklaştırılması
“buharlaştırma” doygun bir çözeltiden katı fazın ayrılması
işlemine de ”kristallendirme” adı verilir.
• Burada kütle denkliği kullanılarak bazı basit hesapların nasıl
yapıldığına bakalım :


• Burada sıcaklığı t 0C, kütlesi F ve kütle kesri xB(F) olan seyreltik
çözeltiden ( B katı bir çözünen) t1 0C sıcaklığında kütlesi V olan buhar
ayrılsın (katı olduğundan buhar fazına geçen miktarı xB(V)  0)
• Oluşan doygun çözeltinin kütlesi L kütle kesri xB(L). Bu çözelti t1 0C
sıcaklığından t2 0C sıcaklığına soğutulursa ayrılan kristallerin kütlesi C
kütle kesri de xB(C) olsun. Kalan çözeltinin kütlesi D kesri de xB(D) olur.
• Buna göre


• F=V+L=V+D+C

• F xB(F) = V xB(V) + D xB(D) + C xB(C)= V xB(V) + L xB(L)

• xB(V)o olduğunda bu son iki bağıntı

• C xB(C) = F xB(F) - D xB(D)

• D = F-V- C olduğundan

• C xB(C) = F xB(F) - xB(D) (F-V- C)

Fx B(F )  x B(D)   Vx B(D)
C
x B( C )  x B ( D )

Buharlaştırma yapmaksızın kristallendirme
• Eğer doygun bir çözeltiden buharlaştırma yapmaksızın
kristallendirme
• yapılması durumunda
C

F x B( F )  x B( D ) 
x B( C )  x B( D )


Çözünme entalpisi
• Bir maddenin geçiş sıcaklığı T0 ve çözünürlüğü x ise
H  T2  T0 
ln x  
 T T 
R  1 o 

• Bir madden T1 ve ve T2 sıcaklıklarında çözünürlüğü x1 ve x2
ise
x1 H  T2  T1 
ln  
 T T 
x2 R  1 2 

• H diferansiyel çözünme entalpisi olarak bilinir

•

Faydalanılan Kaynaklar
• Bu ders notunun hazırlanmasında Prof.Dr Mehmet Levent
AKSU’nun hazırlamış olduğu sunumundan pek çok slaytlar
olduğu gibi alınmıştır. Kendisine teşekkürlerimi sunarım.
• Ayrıca Figen Tırnaksız’ın “Fazlar Arası Denge ve Faz Kuralı”
isimli dökümanından yararlanılmış ve bazı ifadeler ve şekiller
olduğu gibi alınmıştır.
• Bunun ötesinde internette bazı açık dökümanlardan da yararlanılmıştır.
• Bu sunumu hazırlamam ve özellikle fiziko kimya öğrencilerimizin istifadesine
sunmamım tek sebebi dersleri daha iyi kavramaları içindir.
• Bunun ötesinde bu sunumdan hiçbir maddi menfaatim
yoktur.
• Bu sunum bu özellikleriyle tam bir ders notudur. Ayrıca
öğretim üyesi arkadaşlarımın kullanmasından da büyük
mutluluk duyarım.

Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

More from Prof.Dr. İbrahim USLU

More from Prof.Dr. İbrahim USLU (12)

Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük