Kimyasal tepkimelerin çoğu ve biyolojik olaylar sulu ortamda meydana gelir. Bunun için, sulu çözeltideki maddelerin özelliklerini bilmek mühimdir.
Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımıdır. Çözeltide az miktarda bulunan türe çözünen, fazla miktarda bulunan türe ise çözücü adı verilir. Bir çözelti gaz, katı veya sıvı olabilir.
Elektrolit ve Elektrolit Olmayanlar
Suda çözünen tüm maddeler elektrolit ve elektrolit olmayanlar diye iki sınıfa ayrılırlar. Elektrolit suda çözündüğünde çözeltisi elektrik akımını ileten maddedir. Elektrolit olmayan maddeler suda çözündüğünde elektrik akımını iletmezler.
Burada, bir platin elektrot çifti, içinde su bulunan bir beher içerisine daldırılır. Ampulün ışık vermesi için elektrik akımının bir elektrottan diğer elektrota doğru akarak devreyi tamamlaması gerekir. Saf su yok zayıf bir iletkendir, ancak üzerine az miktarda sodyum klorür (NaCl) eklenirse, tuz su içinde çözünür ampul ışık verir. Katı iyonik bir bileşik olan NaCl suda çözündüğü zaman Na+ ve Cl– iyonlarına ayrışır. Sodyum iyonları negatif elektrota ve klorür iyonları pozitif elektrota doğru çekilirler. Bu iyon hareketi metal bir telde akan elektronlara benzer şekilde elektrik akımı oluşturur. NaCl akımını ilettiği iyin NaCl ün bir elektrolit olduğunu söylenir. Saf su ise yok az iyon içerdiği için elektrik akımını iletemez.
Aynı mol çözünmüş maddeler içeren çözeltilerdeki ampullerin parlaklığını karşılaştırarak, kuvvetli ve zayıf elektrolit ayrımını yapılabilir. Kuvvetli bir eletrolitin en önemli özelliği çözünen türün %100 iyonlarına ayrışmasıdır. Ayrışma, çözünen maddenin katyon ve anyonlarına iyonlaşmasıdır. Buna göre, sodyum klorürün çözünmesi aşağıdaki gibi gösterebilir.
NaCl (k) Na+ (suda) + Cl– (suda)
Bu eşitlik sulu çözeltide bulunan sodyum klorürün tamamının Na+ ve Cl– iyonlarına ayrıştığını ve çözeltide ayrışmamış NaCl kalmadığın ifade eder.
Su iyonik bileşikler için çok iyi bir çözücüdür. Su elektriksel olarak nötr bir molekül olmasına karşın, pozitif bir uç (H atomları) ve negatif bir uç (O atomları) bulundurur. Başka bir ifadeyle pozitif ve negatif kutuplar içerir. Bundan dolayı polar çözücü olarak bilinir. Sodyum klorür gibi iyonik bir bileşik suda çözündüğünde katıda bulunan üç boyutlu iyon örgüsü bozulur ve Na+ ile Cl– iyonları birbirinden ayrılır. Çözeltideki her bir Na+ iyonu, negatif uçlarını katyona doğru yönlendiren bir çok su molekülü tarafından kuşatılır. Benzer şekilde, Cl– iyonları pozitif uçlarını anyona yönlendiren su molekülleriyle sarılırlar. Bir iyonun belirli bir yönlenmeyle su molekülleri tarafından kuşatılmasına hidratlaşma denir. Hidratlaşma çözeltideki iyonların kararlı olmasını sağlar ve katyonlarla anyonların birleşmesini engeller.
Asitler ve bazlar da elektrolitlerdir. Hidroklorik asit (HCl) ve nitrik asit (HNO3) gibi bazı asitler kuvvetli elektrolittirler. Bu asitler suda tamamen iyonlaşırlar. Örneğin, HCl gazı suda çözündüğü zaman hidratlaşmış H+ ve Cl– iyonları oluşur.
HCI(g) H+(suda) + Cl–(suda)
Başka bir ifadeyle, çözeltide çözünmüş bütün HCl molekülleri hidratlaşan H+ ve Cl– iyonlarına ayrışırlar. Bu yüzden, HCl(suda) yazdığımız zaman çözeltinin yalnızca H(suda) ve Cl(suda) iyonları içerdiği ve hidratlaşan HCl molekülü bulunmadığı anlaşılır. Diğer yandan, sirkede bulunan asetik asit gibi asitler çok daha az iyonlaşırlar. Asetik asitin iyonlaşarak asetat olarak adlandırılan CH3COO– iyonu verdiği tepkime şöyledir.
CH3COOH(suda)CH3COO– (suda) + H+(suda)
Asetik asitin formülünü CH3COOH şeklinde yazarak iyonlaşabilen protonun COOH grubunda bulunduğu görülür.
Eşitlikte görünen çift yönlü ok ( ) ise tepkimenin tersinir olduğu ve her iki yönde yürüdüğünü ifade eder. Başlangıçta CH3COOH moleküllerinin bir kısmı CH3COO– ve H+ iyonları vermek üzere ayrışır. Zamanla bir kısım CH3COO– H+ ve iyonları CH3COOH molekülünü vermek üzere tekrar birleşirler. Sonunda, CH3COOH moleküllerinin ayrışma hızları, iyonların [H+ ve CH3COO– ] birleşme hızlarına eşit olur. Net bir hız değişmesinin gözlenmediği bu kimyasal hal (moleküler anlamda sürekli bir değişim olmasına karşın) kimyasal denge diye adlandırılır. Asetik asitin sudaki iyonlaşması tam olmadığından zayıf bir elektrolittir. Bunun aksine hidroklorik asit çözeltisinde HCl den ayrışan H+ ve Cl– iyonları tekrar birleşerek HCl molekülünü oluşturamazlar. Bundan dolayı HCl in sudaki tamamen ayrıştığını göstermek için tek yönlü okla gösterilir.