Homojen ve heterojen karışımlar

Kahvaltı masasında beş şey duruyor: bir bardak şekerli çay, bir şişe zeytinyağı ile limon suyundan yapılmış salata sosu, bir bardak süt, bir kavanoz mayonez ve demlikten yükselen buhar bulutu. Beşi de karışımdır, ama çok farklı davranır. Çay ne kadar beklerse beklesin dibinde şeker birikmez. Salata sosu birkaç dakika içinde iki katmana ayrılır ve her kullanımdan önce çalkalanır. Süt beyaz ve bulanıktır, ama dibe bir şey çökmez. Mayonez kıvamını günlerce korur. Buhar bulutundaki minik su damlacıkları ise havada asılı durur. Kimya bu farkları gelişigüzel bırakmaz; karışımları, bileşenlerin birbiri içinde nasıl ve ne büyüklükte dağıldığına göre sınıflandırır. Bu ders, o sınıflandırmanın dilini ve bir karışımın türünü basit gözlemlerle nasıl anlayacağını öğretiyor.

• Karışımı saf maddeden ve bileşikten ayıran özellikleri sayarsın.
• Homojen ve heterojen karışımı tanımlar, çözeltide çözücü ve çözüneni belirlersin.
• Süspansiyon, emülsiyon, aerosol ve koloidi dağılan ve dağıtan maddenin haline göre ayırt edersin.
• Bekletme, süzme ve ışık demeti gözlemleriyle bir karışımın türünü tahmin edersin.

Karışım nedir

Birden çok maddenin kimyasal tepkimeye girmeden bir araya gelmesiyle oluşan maddeye karışım denir. Karışımın dört temel özelliği vardır. Birincisi, bileşenler kendi özelliklerini korur: demir tozu ile kükürt tozu karıştırıldığında demir mıknatısa çekilmeye devam eder. İkincisi, bileşenlerin oranı değişkendir; bir bardak suya bir kaşık da, üç kaşık da şeker atılabilir. Üçüncüsü, bileşenler fiziksel yollarla birbirinden ayrılabilir. Dördüncüsü, karışımların erime ve kaynama sıcaklıkları sabit değildir; hal değişim grafikleri dersinde gördüğümüz gibi tuzlu su kaynarken sıcaklığı yükselmeye devam eder.

Bu özellikler karışımı bileşikten ayırır. Bileşikte elementler belirli ve sabit bir kütle oranıyla birleşir, ortaya bileşenlerinkinden farklı özellikler çıkar ve bileşenlere ancak kimyasal yollarla ulaşılır. Demir ile kükürt karışımı ısıtılıp demir sülfüre dönüştüğünde mıknatıs artık demiri bu maddeden çekip alamaz; karışım bir bileşiğe dönüşmüştür. Element ve bileşikler birlikte saf madde grubunu, karışımlar ise ayrı bir grubu oluşturur.

Homojen karışımlar: çözeltiler

Her noktasında aynı bileşime sahip olan ve tek bir görünüm veren karışımlara homojen karışım ya da çözelti denir. Çözeltide bileşenler tek tek iyonlar ya da moleküller halinde dağılmıştır; bu yüzden en güçlü mikroskopla bile ayrı bölgeler görülmez, bekletince dibe bir şey çökmez ve süzgeç kâğıdından olduğu gibi geçer. Çözeltide miktarı çok olan ya da çözeltiyle aynı halde bulunan bileşene çözücü, içinde dağılan bileşene çözünen denir.

Çözeltiler yalnızca sıvı değildir. Toz ve nem içermeyen temiz hava, gazların gazda oluşturduğu bir çözeltidir. Kapalı bir gazoz şişesinde karbon dioksit gazı suda çözünmüştür. Kolonyada etil alkol ile su, sıvının sıvıda çözündüğü bir çözelti oluşturur. Şekerli su ve tuzlu suda katı bir madde sıvıda çözünmüştür. Metalik bağ dersinde tanıdığımız alaşımlar ise katının katıda oluşturduğu homojen karışımlardır.

Heterojen karışımlar

Bileşimi bir noktadan diğerine değişen, çoğu zaman birden fazla bölge gösteren karışımlara heterojen karışım denir. Heterojen karışımlar, dağılan maddenin ve onu taşıyan ortamın haline göre adlandırılır.

Süspansiyon: Katı taneciklerin bir sıvıda çözünmeden dağılmasıyla oluşur. Çamurlu su ve tebeşir tozu ile çalkalanmış su buna örnektir. Tanecikler büyük olduğu için süspansiyon bekletilince dibe çöker ve süzgeç kâğıdında tutulur. Bazı şurup ilaçlarının üzerinde "kullanmadan önce çalkalayınız" yazmasının nedeni budur.

Emülsiyon: Birbiri içinde çözünmeyen iki sıvının karışmasıyla oluşur. Zeytinyağı ile su ya da limon suyu çalkalandığında yağ damlacıklar halinde dağılır, ama bekleyince katmanlar yeniden ayrılır. Mayonezde ise yumurta sarısı yağ damlacıklarının birleşmesini geciktirdiği için emülsiyon uzun süre kararlı kalır.

Aerosol: Katı ya da sıvı taneciklerin bir gaz içinde dağılmasıyla oluşur. Siste ve demlikten yükselen bulutta su damlacıkları, dumanda katı tanecikler havada asılıdır. Sprey kutularından çıkan zerreler de birer aerosoldür.

Homojenlik hangi ölçekte?

Bir karışımın homojen olup olmadığına çıplak gözle karar vermek her zaman yetmez. Kan dışarıdan tek renkli bir sıvı gibi görünür, ama mikroskop altında sıvının içinde yüzen hücreler seçilir; kan heterojen bir karışımdır. Granit gibi bazı taşlarda ise farklı renkteki mineral taneleri çıplak gözle görülür. Kimyada homojenlik, tanecik düzeyinde her noktanın aynı bileşime sahip olması demektir. Bu yüzden bir karışım ne kadar düzgün görünürse görünsün, içinde mikroskopla seçilebilen bölgeler varsa heterojen sayılır.

Su ile buz: iki bölge, tek madde

Bunun tersi de bir tuzaktır. Bir bardak suyun içinde yüzen buz parçaları iki ayrı bölge oluşturur, ama ortada tek bir madde vardır: su. Aynı maddenin farklı halleri bir arada bulunduğunda karışım oluşmaz; karışım için en az iki farklı madde gerekir. Havası boşaltılmış kapalı bir kapta yalnız su ve onun buharı bulunuyorsa durum yine aynıdır. Buna karşılık bir bardak suya kum atıldığında iki farklı madde bir araya gelmiş olur; kumlu su, hem iki bölge gösteren hem de iki madde içeren gerçek bir heterojen karışımdır.

Koloitler ve ışık demeti

Bazı karışımlarda dağılan tanecikler çözeltidekilerden büyük, süspansiyondakilerden küçüktür; boyutları yaklaşık bir nanometre ile bir mikrometre arasındadır. Bu karışımlara koloit denir. Koloit tanecikleri çökmeyecek kadar küçük, ışığı saçacak kadar büyüktür. Karanlık bir odada bir ışık demeti sulandırılmış sütten geçirildiğinde demetin yolu görünür; tuzlu sudan geçirildiğinde görünmez. Işığın koloit tanecikleri tarafından saçılarak görünür hale gelmesine Tyndall etkisi denir. Jöle ve süt koloitlere örnektir. Sınıflama tanecik boyutuna göre yapıldığında sis ve mayonez gibi bazı aerosol ve emülsiyonlar da koloit sayılır; bu yüzden süt hem emülsiyon hem koloit olarak anılabilir.

Türü gözlemle anlamak

Bir karışımın türünü anlamak için üç basit gözlem çoğu zaman yeter. Karışım bekletildiğinde dibe bir şey çöküyor ya da katmanlara ayrılıyorsa heterojendir. Süzgeç kâğıdında katı kalıyorsa süspansiyondur. Hiçbir şey çökmüyor, ama ışık demetinin yolu görünüyorsa koloittir; demet görünmüyorsa çözeltidir. Bir karışımın ne kadar "yoğun" olduğunu sayıyla söylemek ise ayrı bir iştir: sıradaki ders çözeltideki çözünen miktarını kütlece yüzde ve milyonda bir birimleriyle ölçmeyi öğretiyor.

Örnek 1 — Karışım mı bileşik mi

Soru: Demir tozu ile kükürt tozu bir kapta karıştırılıyor. Bu karışım için hangisi doğrudur?

• A) Demir artık mıknatısa çekilmez.
• B) Demir ile kükürt belirli ve sabit bir kütle oranıyla birleşmiştir.
• C) Yeni bir bileşik oluşmuştur.
• D) Demir mıknatısla ayrılabilir; bileşenler özelliklerini korumuştur.
• E) Bileşenlere ancak kimyasal yolla ulaşılabilir.

Çözüm: Karışımda tepkime olmadığı için demir manyetik özelliğini korur. Cevap: D.

Örnek 2 — Hal eşleştirmesi

Soru: Kolonya hangi tür karışımdır?

• A) Katının sıvıda dağıldığı süspansiyon
• B) Sıvının sıvıda çözündüğü homojen karışım
• C) Gazda dağılmış damlacıklardan oluşan aerosol
• D) Bekletince katmanlara ayrılan emülsiyon
• E) Saf bir bileşik

Çözüm: Etil alkol ile su birbiri içinde her oranda çözünür ve tek görünüm verir. Cevap: B.

Örnek 3 — Işık demeti

Soru: Bir ışık demeti A ve B sıvılarından geçiriliyor. Demetin yolu yalnız A'da görülüyor; iki sıvıda da bekletince bir şey çökmüyor. Hangisi en uygun yorumdur?

• A) A koloit, B çözeltidir.
• B) A çözelti, B koloittir.
• C) İkisi de süspansiyondur.
• D) A saf maddedir.
• E) B heterojendir.

Çözüm: Işığı saçan ama çökmeyen tanecikler koloide işaret eder. Cevap: A.

Örnek 4 — Sınıflama

Soru: Sis, duman ve sprey zerrelerinin ortak özelliği hangisidir?

• A) Hepsi çözeltidir.
• B) Hepsinde dağıtan ortam sıvıdır.
• C) Hepsi saf maddedir.
• D) Hepsi bekletilince süzgeçte tutulur.
• E) Hepsinde katı ya da sıvı tanecikler bir gazda dağılmıştır.

Çözüm: Dağıtan ortam gaz olan heterojen karışımlar aerosoldür. Cevap: E.

• Her karışımı görünür bölgeli sanmak. Çözeltiler karışım olduğu halde tek görünüm verir.
• Çözeltiyi yalnız sıvı sanmak. Hava gaz, alaşımlar katı çözeltidir.
• Su ile buzu karışım saymak. Aynı maddenin iki hali saf maddedir.
• Süt gibi bulanık sıvıları süspansiyon sanmak. Çökmeyen ve ışığı saçan karışım koloittir.
• Bileşikle karışımı oran üzerinden karıştırmak. Sabit oran bileşiğin, değişken oran karışımın işaretidir.