hepnotÇözelti, kolloid ve süspansiyonda ölçek ve kanıt
Konunun mantığı
Dağılmış bir sistemde bir madde veya faz,sürekli bir ortam içinde bulunur. Ayrı parçacıkların bulunduğu heterojen örnekte parçacıklar dağılan faz,sıvı ya da gaz gibi kesintisiz bölüm dağıtıcı/sürekli ortamdır. “Katı madde başlangıçta vardı” sözü,son durumda mutlaka çözünmemiş katı parçacık kaldığını göstermez. Gerçek çözeltide ilgili türler molekül/iyon düzeyinde dağılabilir;kolloid/süspansiyonda daha büyük kümeler veya parçacıklar vardır. Bu dersin bütün veri setleri kurmaca kâğıt üstü modellerdir;madde hazırlama veya deney yapma talimatı değildir.
Okul modelinde tanecik boyutu çözeltide yaklaşık1nmden küçük,kolloidde1–1000nmarasında,süspansiyonda daha büyük aralıklarla temsil edilir. Bu derste sorular sınırlardan uzak,belirgin değerler kullanır. Gerçek sistemde boyut dağılımı,makromoleküller ve kullanılan ölçütler sınıflamayı ayrıntılandırabilir;1ve1000nmyi bütün doğa için sihirli kesin geçişler gibi sunmayız. Kolloid gözle tekdüze görünebilir ama dağılım ölçeğinde heterojendir. Çözelti homojen karışımdır;saf madde değildir. Aynı ortamda çözünmüş türlerle kolloidal tanecikler birlikte de bulunabilir.
Kolloidal taneciklerin ışığı saçması,Tyndall etkisi olarak bilinen gözlemle ilişkilidir. Uygun modelde bir ışık yolunun ortam içinde görünür olması kolloidal büyüklükte dağılmış parçacıklar için kanıt sağlayabilir. Ancak iri askıda tanecikler de ışık saçabilir;saçılmanın tek başına “yalnız kolloid” sonucunu zorunlu kılması doğru değildir. Derişim,parçacık/ortam optik özellikleri ve algılama sınırı önemlidir. Bir gerçek çözeltide gözle belirgin ışık yolu görülmemesi olağan okul modeliyle uyumludur;ölçüm sınırı belirtilmeden bütün saçılmanın matematiksel olarak0olduğu iddia edilmez.
Süspansiyonda iri dağılmış katının yer çekimi altında zamanla çökmesi görülebilir;çökme hızı boyut,yoğunluk farkı,ortam ve zamana bağlıdır. Kolloidler uygun kararlılık koşullarında uzun süre dağılmış kalabilir;bu onların asla birleşmeyeceği veya çökmeyeceği demek değildir. Bir gözlem süresinde çökelti görülmemesi tek başına çözeltinin kanıtı değildir. Sıradan filtrenin tuttuğu parçalar gözenek/etkileşim koşuluna bağlıdır;iyon veya küçük kolloidal parçacık geçebilir. “Katıysa tutulur” ve “geçtiyse moleküler çözünmüştür” biçimindeki iki çıkarım da ek bilgi olmadan yanlıştır.
Tanımlı ideal filtre modelinde parçacıklar rijit,küresel ve tek boyutlu kabul edilmişse çap/gözenek karşılaştırması yapılabilir;adsorpsiyon,deformasyon,çözünme veya birleşme dışlanmalıdır. Gerçek filtrasyonun tamamı yalnız cetvel karşılaştırması değildir. Sonuç için birlikte boyut,dağılan maddenin hâli,ortam,saçılma ve süreli kararlılık bilgilerini kullan. Tek fotoğrafın berraklığı,bir rengin varlığı veya sıradan filtreden geçme tek başına kimlik/saflık teşhisi vermez. Bu giriş bütün emülsiyon,aerosol,jel ve ayırma teknolojilerini tamamlamaz.
Önce dağılan tür ve sürekli ortam. Okul boyut modeli çözelti<1nm,kolloid1–1000nm,süspansiyon>1000nm. Kolloid tekdüze görünebilir;heterojendir. Saçılma/çökmeme/filtreden geçme tek başına kesin teşhis değildir;gözenek,zaman ve model koşulları gerekir.
Adım adım bir örnek
Kurmaca veri dosyasında üç bağımsız sıvı sistem var:Adaki çözünen türler0,3nmölçeğinde moleküler dağılmış ve homojen;Bde40nmrıjit katı tanecikler sıvıda dağılmış,verilen sürede kararlı ve belirgin ışık saçılması var;Cde3000nmkatı parçacıklar aynı tür sıvı ortamda zamanla çöküyor. Boyut okul modeli çözelti<1nm,kolloid1–1000nm,süspansiyon>1000nmolarak kullanılacak. Ad/B/Cnin sınıfları nedir?
Ölçek ve dağılım düzeyi
- A:moleküler homojen dağılım ve0,3nm→çözelti.
- B:ayrı katı tanecikler40nm→kolloid;C:iri3000nmkatı ve çökelme→süspansiyon.
- BveCde dağılan faz katı,sürekli ortam sıvı. Aise ayrı iri katı fazı olmayan homojen çözeltidir.
Sınır: Sınıflar verilen boyut/model ve yapı bilgileriyle kuruluyor;her gerçek sistem için yalnız sayısal sınırdan tanı değil.
Kanıtların birlikte uyumunu denetleme
- Anın homojen moleküler yapısı çözeltiyle uyumlu. Bnin saçılması ve süreli kararlılığı,verilen40nmölçeğinde kolloid yorumunu destekler.
- Cnin iri katı ve çökme bilgisi süspansiyon yorumunu destekler;saçılma Cde de mümkün olabilir.
- Bnin çökmemesi onu çözeltinin içine sokmaz;aynı görünüş iddiası boyut ve faz kanıtını silmez.
Sınır: Bu aynı veri dosyasının ikinci muhakeme temsilidir;fiziksel deney raporu veya bağımsız ölçüm değildir. Zaman/algılama sınırı dışında sonuç çıkarılmaz.
Yalnız “çökelti görülmedi” bilgisi BileAarasındaki farkı neden tek başına vermez? Cışık saçsaydı bu onun zorunlu kolloid olması anlamına gelir miydi?
Hatayı bul
“Numune berrak görünüyor ve kâğıt filtreyi geçti;demek ki saf madde. Işık saçsaydı da yalnız kolloid olabilirdi.” İlk dayanaksız geçiş nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: Makroskopik görünüm ve tanımlanmamış filtre geçişini,kimyasal saflığa yeterli kanıt saymak.
Gerçek çözelti de karışım olabilir;kolloid tekdüze görünebilir. Filtre için gözenek/etkileşim koşulu,saçılma için boyut/derişim ve gözlem bilgisi gerekir. İri süspansiyon parçacıkları da saçılma yapabilir;tek kayıt bütün modelleri dışlamaz.
Son soruda parçacıklar aynı kalıp ideal gözenek1000nmden50nmye değişmiş olsaydı,sayıca tutulan yüzde ve süzüntüde bu iki parçacık grubunun varlığı ne olurdu? Bu,gerçek filtre tasarımını çözer mi?
80nmve2500nmgrupların ikisi de50nmden büyük olduğundan modelde100parçacığın hepsi tutulur:%100. Süzüntüde bu iki grup kalmaz;bu bütün olası çözünmüş türlerin yokluğu veya kimyasal saflık kanıtı değildir. Sonuç yalnız verilen ideal eleme varsayımlarındadır;gerçek filtre tasarımı/prosedürü değildir.
Dersin soruları
1Kurmaca sistemde sıvı sürekli ortamın içinde çözünmeden dağılmış60nmkatı parçacıklar var. Boyutlar sabit;verilen gözlem aralığında belirgin çökme yok,ışık saçılması var. Bu dersteki1–1000nmkolloid modeliyle(sınıf;dağılan faz;sürekli ortam)hangisidir?
Bu soruda hata mı var?2Bir kurmaca sıvı numune gözle tekdüze görünüyor;bir saatlik kayıtta çökelti yok ve1000nmgözenekli ideal boyut-eleme filtresinden bütün dağılmış türler geçmiş. Adsorpsiyon/deformasyon yok. Tanecik çapları ve uygun ışık saçılma verileri ölçülmemiş. Yalnız bu bilgilerle hangi değerlendirme doğrudur?
Bu soruda hata mı var?3Kurmaca sıvı ortamda aynı yoğunluklu,maddenin aynı türünden60adet80nmve40adet2500nmrıjit küresel çözünmeyen parçacık var. İdeal1000nmboyut-eleme filtresinde daha küçüklerin tümü geçiyor,daha büyüklerin tümü tutuluyor;adsorpsiyon,deformasyon,birleşme,kayıp yok. Geçen80nmparçacıklar sıvıda kararlı kalıyor. (Sayıca tutulan parçacık yüzdesi;süzüntünün parçacıklı kısmının okul sınıfı)hangisidir?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Kurmaca bir kayıtta şöyle yazıyor: “Katı Z, sıvı Y’ye katıldı. Son durumda Z, molekül ölçeğinde (yaklaşık 0,4 nm) Y içinde dağılmıştır.” Okul boyut modeliyle (çözelti < 1 nm; kolloid 1–1000 nm; süspansiyon > 1000 nm) hangi yorum kayıtla uyumludur?
2Kurmaca sıvı sistemlerde dağılmış türlerin çapları şöyle ölçülmüş: P 0,8 nm; Q 12 nm; R 850 nm; S 2400 nm. Okul modeline göre (çözelti < 1 nm; kolloid 1–1000 nm; süspansiyon > 1000 nm) kolloid sınıfına giren sistemler hangileridir?
3Kurmaca bir sıvıda 50 nm çaplı katı tanecikler dağılmış bir kolloid hazırlanmış. Aynı kolloidin çok seyreltik bir örneğinde gözle ışık yolu görülmüyor. Hangi çıkarım okul modeliyle uyumludur?
4Kurmaca üç sistem: A’da 50 nm katı parçacıklar sıvıda dağılmış ve ışık yolu görünüyor; B’de 3000 nm katı parçacıklar aynı sıvıda dağılmış ve ışık yolu görünüyor; C’de 0,4 nm türler sıvıda dağılmış ve ışık yolu görünmüyor. I. A ve B’de ışık yolunun görünmesi bu iki sistemi tek başına ayırmaz. II. C’de ışık yolunun görünmemesi gerçek çözeltiyle uyumludur. III. Işık yolu görünen her sistem kolloiddir. IV. C’de ışık saçılması matematiksel olarak tam sıfırdır. Hangi ifadeler okul modeliyle uyumludur?
5Kurmaca bir sistemde 200 nm çaplı katı tanecikler sıvıda dağılmış; 3 gün boyunca çökelti gözlenmemiş, 10. gün kabın dibinde çökelti görülmüş. Hangi yorum okul modeline uygundur?
6İdeal filtre modelinde gözenek çapı 800 nm’dir ve parçacıklar rijit-küresel kabul edilir (çapı gözenekten küçük olan geçer, büyük olan tutulur). Kurmaca bir kayıtta 600 nm çaplı bir parçacığın filtrede tutulduğu görülüyor; kayıt, parçacığın filtre yüzeyine yapıştığını (adsorpsiyon) da belirtiyor. Hangi değerlendirme uygundur?
7İdeal bir filtre modelinde (rijit-küresel parçacıklar; adsorpsiyon, deformasyon, birleşme ve kayıp yok) çapı gözenekten küçük olan geçer, büyük olan tutulur. Sıvıda 40 adet 100 nm ve 60 adet 700 nm çaplı parçacık var; gözenek çapına eşit çaplı parçacık yok. Süzüntüde 40 parçacık bulunuyor. Gözenek çapı için hangisi doğrudur?
8Kurmaca P sıvı numunesi hakkında henüz hiçbir kayıt yok. Aşağıdaki bilgilerden hangisi, okul modelinde P’nin gerçek çözelti olduğu sonucuna en doğrudan götürür?
9Kurmaca bir sıvıda 25 adet 30 nm, 25 adet 400 nm, 25 adet 3000 nm ve 25 adet 9000 nm çaplı rijit-küresel parçacık var. Sıvı önce gözenek çapı 5000 nm, ardından gözenek çapı 200 nm olan iki ideal filtreden sırayla geçiriliyor (çapı gözenekten küçük olan geçer, büyük olan tutulur; adsorpsiyon, deformasyon, birleşme ve kayıp yok). Son süzüntüdeki (parçacık sayısı; bu parçacıkların okul sınıfı) hangisidir?
10Kurmaca bir öğrencinin dağılmış sistemlerle ilgili dört notu var. I. Katı parçacıkları sıvıda dağılmış bir kolloidde dağılan faz katı, sürekli ortam sıvıdır. II. Moleküler düzeyde dağılmış gerçek çözeltide ayrı katı parçacık bulunmaz. III. Şeker başlangıçta katı olduğundan, tamamen çözündükten sonra da sistem ayrı katı fazlı, heterojendir. IV. Bir haftada çökmeyen kolloid, sıcaklık ya da ortam değişse de dağılmış kalmaya devam eder. Hangi notlar bu dersteki modelle uyumludur?
Aklında kaldı mı?
Dağılan faz ile sürekli ortamı nasıl ayırırız?
Ayrı parçacık/damlacık olarak bulunan bölüm dağılan faz;onu çevreleyen kesintisiz bölüm sürekli ortamdır. Bu,başlangıç maddesinin hâlinden veya sadece miktarından otomatik çıkarılmaz.
Filtreyi geçen katı kökenli madde mutlaka molekül/iyon düzeyinde çözünmüş müdür?
Hayır. Gözenekten küçük kolloidal parçacık da geçebilir. Geçme/tutulma koşulu ve tanecik ölçeği ayrıca gerekir;gerçek filtrede yüzey etkileşimleri de önemli olabilir.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.