ASİTLER-BAZLAR ÇÖZÜNÜRLÜK DENGELERİ Konular ve Sorular

Transkript

1 ASİTLER-BAZLAR ÇÖZÜNÜRLÜK DENGELERİ Konular ve Sorular Mustafa Atalay 2/3/2011

2 ASİTLER ve BAZLAR Tüm kimyasal bileşikler içerisinde en çok bilinenler asitler ve bazlardır. Sirkede asetik asit, limonda sitrik asit, ev temizlik ürünlerinde amonyak asit ve bazların en çok bilinenleridir. Hidroklorik asit mide özsuyunda bulunan ve günde 1,5-2 litre salgılanan bir asittir. Asit ve bazların genel özellikleri yüzyıllardan beri bilinmektedir. Asitler demir ve çinko gibi metallerle etkileşerek hidrojen gazı oluşturabilirler, turnusol boyasının rengini maviden kırmızıya çevirirler. Bazlar, kayganlık hissi verirler, turnusol boyasının rengini kırmızıdan maviye çevirirler. Asitler ve bazlar belirli oranlarda karıştırıldiklarinda, kimyasal tepkimelerin en önemlilerinden sayılan nötrleşme tepkimeleriyle, asit ve bazların genel özelliklerine sahip olmayan yeni maddeleri(tuzlar) oluştururlar. Asit Baz Kavramı: Arrhenius Asit Baz Teorisi 1777 yılında Fransız bilim insanı Antoine Lavoisier bütün asitlerin oksijen elementi içerdiğini ileri sürmüştür. Gerçekte oksijen kelimesi Latincede asit oluşturucu deyiminden türetilmiştir yılında İngiliz bilim insanı Hamprey Davy, Lavoisierin tanımını değiştirmiştir. Davy yaptığı çalışmalarda muriatik asitin(hidroklorik asit), hidrojen ve klor elementlerinden oluştuğunu bulmuş ve yeni yaptığı tanımda asitlerdeki temel elementin oksijen değil hidrojen olduğunu ileri sürmüştür yılında İsveçli bilim insanı Svante Arrhenius hidrojen bulunduran bileşiklerin asit davranışlarını inceleyerek kendi adıyla anılan tanımı oluşturmuştur. Arrhenius a göre, asitler suda çözündüklerinde çözeltiye hidrojen iyonu(h + ) veren maddeler, bazlar ise suda çözündüklerinde çözeltiye hidroksit iyonu(oh - ) veren maddelerdir. Yukarıdaki deklemlerde HA asiti, MOH ise bir bazı temsil etmektedir.buna göre HCl ve H 2 SO 4 bileşikleri asit, NaOH ve Ca(OH) 2 bileşikleri bazdır. Arrhenius asit baz teorisi pek çok asiti ve bazı doğru tanımlamaktadır; ancak teorinin iki temel sınırlaması vardır. 1

3 i. Arrhenius teorisini sulu çözeltilerle sınırlandırmıştır. ii. Tanıma göre, H içeren maddeler asit, OH içeren maddeler bazdır. NH 3 bileşiğinin yapısında OH grubu bulunmamasına rağmen baz özellik göstermesini ise açıklayamamıştır. BrØnsted-Lowry Asit Baz Kuramı 1923 yılında asit ve bazlarla ilgili daha genel bir tanım Danimarkalı kimyacı Johannes Br Ønsted ve İngiliz kimyacı Thomas Lowry tarafından birbirlerinden bağımsız yaptıkları çalışmalar sonucunda oluşturulmuştur. BrØnsted- Lowry asit baz teorisi olarak bilinen teoriye göre, asitler başka bir maddeye proton(h + ) veren maddeler(molekül ya da iyon), bazlar ise başka maddelerden proton alan maddelerdir. Başka bir deyişle, asitler proton veren, bazlar proton alan maddelerdir. BrØnsted-Lowry asiti H + veren madde BrØnsted-Lowry bazı H + alan madde Yukarıdaki denkleme göre, HA maddesi H + vererek A - bazını oluşturmakta, A - maddesi de H + alarak HA asitini oluşturmaktadır. Aynı şekilde B maddesi H + alarak BH + asitini oluşturmakta, BH + maddesi de H + vererek B bazını oluşturmaktadır. Formüllerindeki proton sayısı bir değişen bu tür kimyasal madde türlerine konjuge asit baz çifti(eşlenik asit baz çifti) denir. A - maddesi HA asitinin eşlenik bazı, BH + maddesi de B bazının eşlenik asitidir. Bir asit baz tepkimesinde nelerin olduğunu açıklayabilmek için proton(h + ) davranışının incelenmesi gerekir. Örneğin, bir BrØnsted-Lowry asiti(ha) suya konulduğunda, suyla tersinir tepkimeye girerek asit çözünme dengesi oluşturur. Asit çözücüye bir proton verir ve ürün olarak H 2 O nun konjuge asiti hidronyum iyonu(h 3 O + ) ve HA nın konjuge bazı A - iyonu oluşur. Ters yönde tepkimede ise hidronyum iyonu(h 3 O + ), A - iyonuna bir proton vererek asit gibi davranır ve H 2 O konjuge bazını oluşturur. A - iyonuda protonu alarak HA konjuge asitini oluşturur. 2

4 BrØnsted-Lowry asit bazları yalnızca HCl, HNO 3 gibi nötr moleküllerden oluşmaz. Tuzların, atyonları ya da anyonları proton verebilme ya da alabilme özelliğine sahip oldukları için BrØnsted- Lowry asit bazları olarak tanımlanırlar. Bir BrØnsted-Lowry bazı(nh 3 ) suda çözündüğünde, asit gibi davranan sudan bir proton alarak konjuge asitini oluşturur. Proton veren su molekülleri ise OH - konjuge bazını oluştururlar. Ters yöndeki tepkimede ise iyonu bir protonu OH - iyonuna vererek NH 3 bazını oluşturur. Proton alan bir molekülün ya da iyonun proton ile bağ yapacak atomunun en azından bir çift bağ yapmamış elektronu bulunmalıdır. Aşağıda BrØnsted-Lowry bazı olarak adlandırdığımız bazı maddelerin protonla bağ yapan atomlarının bağ yapmamış elektronlarıyla formülleri verilmiştir. Bazı BrØnsted-Lowry bazları Örnek: HNO 2 (nitröz asit) asitinin asitlik özelliğini Arrhenius teorisi ve BrØnsted-Lowry teorisini kullanarak açıklayınız. HNO 2 asitinin konjuge bazını belirleyiniz. Çözüm: HNO 2 bir Arrhenius asitidir; çünkü suda çözündüğünde H + iyonu vermektedir. 3

5 ( ) ( ) ( ) HNO 2 bir BrØnsted-Lowry asitidir; çünkü suda çözündüğünde su molekülüne bir proton vermekte ve H 3 O + iyonunu oluşturmaktadır. HNO 2 asitinin bir proton kaybetmesiyle oluşan konjuge bazı dir. Örnek: Aşağıda verilen BrØnsted-Lowry asitlerin denkleştirilmiş çözünme denklemlerini yazınız ve konjuge asit baz çiftlerini gösteriniz. a) H 2 SO 4 b) c) H 3 O + d) e) f) Örnek: Aşağıda verilen BrØnsted-Lowry bazlarının denkleştirilmiş çözünme denklemlerini yazınız ve konjuge asit baz çiftlerini gösteriniz. a) b) c) OH - d) e) f) Örnek: Aşağıdaki denklemdeki konjuge asit baz çiftlerini belirleyiniz. Çözüm: Örnek: Sulu çözeltide gerçekleşen aşağıdaki tepkime için konjuge asit baz çiftlerini belirleyiniz. Örnek: Aşağıda verilen tepkimeler için, BrØnsted-Lowry asit bazlarını ve konjuge asit baz çiftlerini belirleyiniz. 4

6 Örnek: Aşağıda verilen tepkimeler için, BrØnsted-Lowry asit bazlarını ve konjuge asit baz çiftlerini belirleyiniz. Asit Kuvveti-Baz Kuvveti Bir asitin asit çözünme dengesini aşağıdaki denklemle ifade edebiliriz. HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) Asit Baz Asit Baz Eğer H 2 O bazı A - iyonundan daha kuvvetli proton alıcısı olursa, bu durumda çözelti temel olarak H 3 O + ve A - iyonlarını içerecektir. Tam tersi durumda ise çözeltide HA ve H 2 O çoğunlukta olacaktır. Eşit derişimlerde girenlerden ve ürünlerden oluşturulan bir sistemde proton daima daha kuvvetli olan baz tarafından alınacaktır. Böyle bir durumda dengenin oluşabilmesi için tepkimenin protonu veren kuvvetli asit ile protonu alan kuvvetli bazın oluşturduğu taraftan, daha zayıf asit ve daha zayıf bazın bulunduğu tarafa gerçekleştiği görülecektir. Kuvvetli asit + Kuvvetli Baz Zayıf Asit + Zayıf Baz Kuvvetli proton veren + Kuvvetli proton alan Zayıf proton veren + Zayıf proton alan Farklı asitlerin farklı proton alma kuvvetleri vardır(tablo 1). Kuvvetli bir asit suda tamamiyle iyonlarına ayrışır. Bu nedenle kuvvetli bir asitin çözünmesi %100 yakın iyonlaşma ya da ürünler yönündedir. Yukar ıdaki denkleme göre çözelti temel olarak H 3 O + ve A - iyonlarını içerecektir. Çözeltinin içereceği iyonlaşmamış HA molekülleri ihmal edilebilecek kadar az olacaktır. Kimyada bilinen bazı kuvvetli asitler, perklorik asit(hclo 4 ), hidroklorik asit(hcl), hidrobromik asit(hbr), hidroiyodik asit(hi), nitrik asit(hno 3 ) ve sülfürik asit(h 2 SO 4 ) tür. Yukarıda tanımdan çıkaracağımız önemli bir sonuç vardır. Kuvvetli asitlerin konjuge bazları zayıftır., Cl -, Br -, I -,, iyonlarının sulu çözeltilerinde bir proton alma eğilimleri ihmal edilebilecek kadar az olduğu için H 2 O dan daha zayıf baz özelliktedirler. 5

7 Zayıf bir asit kısmen iyonlaşır. Zayıf asit moleküllerinin çok küçük bir kıs mı proton verir. Bu nedenle çözelti çok büyük miktarda iyonlaşmamış HA molekülleri içerirken çok az miktarda H 3 O + ve konjuge bazı A - yi içerir.kimyada bilinen bazı zayıf asitler nitroz asit(hno 2 ), hidroflorik asit(hf) ve asetik asit(ch 3 COOH) tir. Çok daha zayıf asit özellikte olan maddelerin(nh 3, OH -, H 2 ) suya proton verme eğilimleri yok denecek kadar azdır. Bu durumda böyle maddelerin çözeltilerinde tepkime %100 e yakın oranda tepkimeye girenler yönünde gerçekleşecektir. Bu durumda zayıf asitlerin konjuge bazları kuvvetli özellikte olacaktır. Örneğin,, O 2- ve H - iyonları sulu çözeltilerinde %100 proton alacaklar ve H 2 O dan daha kuvvetli baz özellik göstereceklerdir. 6

8 Kuvvetli asit, zayıf asit ve çok zayıf asit çözeltilerinde HA, H 3 O + ve A - taneciklerinin denge derişimlerinin şematik gösterimi aşağıdaki gibi olur. Örnek: Girenlerin ve ürünlerin eşit derişimlerde karıştırıldığı aşağıdaki tepkimelerde dengenin oluşabilmesi için tepkimenin hangi yöne ilerleyeceğini bulunuz ve açıklayınız.(tablo 1 de verilen değerler kullanılacaktır.) Çözüm: a) H 2 SO 4 ve asit, NH 3 ve bazdır. Tablo 1 e göre, H 2 SO 4, ten daha kuvvetli asittir. NH 3 te ten daha kuvvetli bazdır. Bu durumda NH 3 proton alacak ve tepkime sağa ilerleyecektir. b) ve asit, ve bazdır. Tablo 1 e göre kuvvetli asit, kuvvetli bazdır. protonu alacak ve tepkime sola yönelecektir. Örnek: Girenlerin ve ürünlerin eşit derişimlerde karıştırıldığı aşağıdaki tepkimelerde dengenin oluşabilmesi için tepkimenin hangi yöne ilerleyeceğini bulunuz ve açıklayınız.(tablo 1 de verilen değerler kullanılacaktır.) 7

9 Örnek: Aşağıdaki şekillerde iki HA(A=X veya Y) asitinin sulu çözeltisi verilmiştir. Buna göre; a) HX ve HY asitlerinden hangisi daha kuvvetli asit özelliği gösterir? b) X - ve Y - iyonlarından hangisi daha kuvvetli bazdır? c) Girenlerin ve ürünlerin eşit derişimlerde karıştırıldığı tepkimede dengenin oluşabilmesi için tepkimenin hangi yöne ilerleyeceğini bulunuz. Örnek:Aşağıda verilen tepkimelerdeki BrØnsted-Lowry asit bazlarını belirleyiniz. 8

10 Örnek: Aşağıdaki şekillerde üç HA(A=X, Y veya Z) asitinin sulu çözeltisi verilmiştir. Buna göre; a) HX. HY ve HZ asitlerinden hangisi daha kuvvetli asit özelliği gösterir? b) X -, Y - ve Z - iyonlarından hangisi daha kuvvetli bazdır? c) HZ çözeltisinde iyonlaşma yüzdesi kaçtır? Hidronyum İyonu(H 3 O + ) Proton(H + ), Arrhenius ve BrØnsted-Lowry asit baz teorilerinin temelini oluşturmaktadır. Arrhenius HA asitinin suda çözünmesi sırasında sulu H + iyonu oluşacaktır. Sulu çözeltide bulunan H + iyonunun tepkimeye girme isteği çok fazladır. Bu durumda H + iyonu çözücü su molekülünün oksijen tarafıyla etkileşerek üçgen piramit geometriye sahip hidronyum iyonunu(h 3 O + ) oluşturur. H 3 O + iyonu diğer su molekülleriyle hidrojen bağları oluşturarak etkileşecektir. Konumuzun bundan sonraki bölümlerinde kullanacağımız H + ve H 3 O + sembolleri aynı yapıyı ifade edecektir. Asit baz tepkimelerinde proton vereni daha iyi ifade edebilmek için H 3 O + kullanılacaktır. 9

11 Suyun İyonlaşması Suyun en önemli özelliklerin birisi asit ya da baz gibi davranabilmesidir. Ortamda bir asit bulunması durumunda su baz gibi, ortamda bir baz bulunduğunda su asit gibi davranabilmektedir. Bu şaşırtıcı bir durum değildir; çünkü suda, su moleküllerinden biri proton vererek asit gibi davranırken, diğer su molekülü de proton alarak aynı anda baz gibi davranır. Suyun denge konumunda iyonlaşma denklemi aşağıdaki gibi gösterilebilir. 2 H 2 O(s) H 3 O + (suda) + OH - (suda) Suyun denge durumundaki iyon çarpımı(k su ) K su = [H 3 O + ][OH - ] şeklinde yazılır. Suyun dinamik denge durumunda iki önemli duruma dikkat etmek gerekir. i. İleri ve geri tepkimeler çok hızlı gerçekleşir. ii. Dengenin oluşmasında tepkime sürekli girenler yönünde olma eğilimindedir. Bu da denge konumunda çok az H 3 O + ve OH - iyonlarının oluşabileceğini gösterir. Moleküllerin büyük bir çoğunluğu iyonlaşmama eğilimindedir. Suyun iyonlaşması ile ilgili yapılan deneylerde, suyun 25 o C sıcaklıktaki H 3 O + iyonları derişimi 1.0x10-7 M olarak ölçülmüştür. Başka bir deyişle 25 0 C sıcaklıkta, [H 3 O + ] = [OH - ] = 1.0x10-7 M Suyun 25 o C sıcaklıkta özkütlesi ve mol kütlesi kullanılarak bulunan derişimi 55,4 M dır. [H 2 O] = ( ) ( ) İyonlaşan su moleküllerinin, iyonlaşamayan su moleküllerine oranını bularak suyun iyonlaşmasının çok küçük bir oran olduğunu görebiliriz. 10

12 Suyun denge durumundaki denge sabiti yukarıdaki değerlerle 25 o C sıcaklıkta hesaplanırsa 1,0x10-14 bulunur. K su = [H 3 O + ][OH - ] = (1.0x10-7 ). (1.0x10-7 ) = 1,0x10-14 Çok sulu çözeltilerde H 3 O + ve OH - iyonları derişimleri çarpımı çözünen maddeden etkilenmemesine rağmen derişik çözeltilerde çözünenin varlığı bu çarpımı etkilemektedir. Bu nedenle, derişik çözeltilerdeki bu etkiyi yok varsayarak 25 o C sıcaklıkta, H 3 O + ve OH - iyonları derişimleri çarpımının(k su ) tüm sulu çözeltilerde 1,0x10-14 olduğunu söyleyebiliriz. Sulu çözeltilerin asidik, bazik ya da nötral olduklarını H 3 O + ve OH - iyonları derişimlerini karşılaştırarak bulabiliriz. Asidik çözeltilerde [H 3 O + ] > [OH - ] Bazik çözeltilerde [H 3 O + ] < [OH - ] Nötral çözeltilerde [H 3 O + ] = [OH - ] 25 o C sıcaklıkta, asidik çözeltilerde [H 3 O + ] > 1,0x10-7 M, bazik çözeltilerde [H 3 O + ] < 1,0x10-7 M ve nötral çözeltilerde [H 3 O + ] = [OH - ] = 1,0x10-7 M olur. Bir çözeltideki [H 3 O + ] ya da [OH - + bilinirse çözeltinin özellikleri ve diğer iyonun sayısal değeri bulunabilir. K su = [H 3 O + ][OH - ] = 1,0x10-14 değeri bilindiğine göre, [ ] [ ] eşitliği ile, [ ] [ ] eşitliği ile hesaplanabilir. 11

13 Tablo. 25 o C sıcaklıkta, asidik, bazik ve nötr çözeltilerdeki H 3 O + ve OH - derişimleri Örnek: Limon suyunda H 3 O + iyonları derişimi 2,5x10-3 M olduğuna göre, OH - iyonları derişimini hesaplayınız. Limon suyunun özelliğini verilen değerleri kullanarak belirleyiniz. Çözüm: [ ] [ ] = = 4,0x10-12 M [H 3 O + ] > [OH - + olduğunu göre limon suyu asidik özelliktedir. Örnek: Deniz suyunda OH - iyonları derişimi 5,0x10-6 M olduğuna göre, H 3 O + iyonları derişimini hesaplayınız. Örnek: Suyun iyonlaşması endotermiktir. Suyun H 3 O + ve OH - iyonları derişimleri çarpımı(k su ) sıckalıkla değişir. 50 o C sıcaklıkta K su değeri 5,5x10-14 olduğuna göre bu sıcaklıktaki H 3 O + ve OH - iyon derişimlerini hesaplayınız. ph Ölçeği H 3 O + iyonları derişimini molarite cinsinden ifade etmek yerine, logaritmik bir ölçek olan ph ile ifade etmek daha uygundur. ph terimi (fransızca puissance d hydrogene -ingilizce power of hydrogen ), hidrojenin gücü anlamına gelmektedir ve H 3 O + iyonları derişimini 10 sayısının üstleri olarak açıklamaktadır. Bir çözeltinin ph değeri H 3 O + iyonları derişiminin logaritması alınarak bulunur. ph = - log [H 3 O + ] ya da [H 3 O + ] = antilog(-ph) = 10 -ph Örneğin, *H 3 O + ] = 1,0x10-2 M olan çözeltinin ph değeri 2, *OH - ] = 1x10-2 M olan çözeltinin [H 3 O + ] = 1,0x10-12 M ve ph değeri 12, nötr bir çözeltinin [H 3 O + ] = 1,0x10-7 M ve ph değeri 7 dir. Çözeltilerdeki poh değeride aynı şekilde OH - iyonları derişiminin log değeri hesaplanarak bulunabilir. Ya da, K su K su = [H 3 O + ][OH - ] - ] 1,0x10-14 = [H 3 O + ][OH - ] -log(1,0x10-14 ) = -log([h 3 O + ][OH - ]) (-log 1,0) + (-log10-14 ) = (-log [H 3 O + ]) + (-log [OH - ]) = ph + poh ph + poh = 14 12

14 Tablo: ph Ölçeği- ph ölçeğindeki 1 birimlik değişim, [H 3 O + + değerinin 10 kat değiştiğini gösterir. ph ölçeği logaritmik olduğu için ph değeri 1 birim değiştiğinde [H 3 O kat değişir. *H 3 O + + değeri 100 kat değiştiğinde ph değeri 2 birim değişir. ph değerinin 6 birim değişmesi [H 3 O + + değerinin 1x10 6 kat değiştiğini gösterir. Bazı maddeler ve ph değerleri yandaki tabloda gösterilmiştir. ph değeri azaldıkça [H 3 O + ] artar. ph arttıkça poh değeri azalır. Asidik çözeltilerde ph < 7 Bazik çözeltilerde poh > 7 Nötr çözeltilerde ph = 7 olur. Örnek: OH - iyonları derişimi 1,0x10-3 M olan çözeltide ph değeri kaçtır? Çözüm: [ ] [ ] [H 3 O + ] = [H 3 O + ] = 1,0x10-11 ph = - log [H 3 O + ] ph = -log(1,0x10-11 ) ph = 11 Örnek: *H 3 O + ] = 3,0x10-5 M olan yağmur suyunun ph değerini hesaplayınız.(log 3,0 = 0,5) Örnek: Aşağıda verilen çözeltilerin ph değerlerini hesaplayınız. a) [OH - ] = 2,0x10-6 M olan çözelti.(log 2,0 = 0,3) b) [H 3 O + ] = 6,0x10-5 ) M olan çözelti.(log 6,0=0,75) 13

15 ph değerinin ölçülmesi Bir çözeltinin ph değeri yaklaşık olarak ölçülecekse bu ölçüm asit baz indikatörleri gösterilerek gerçekleştirilebilir. İndikatörler belirli bir ph aralığında renk değiştirme özelliğine sahip maddelerdir. Örneğin, Bromtimal mavisi ph değerinin 6,0-7,6 olduğu aralıkta asit ortamda sarı renkliyken baz ortamda mavi renkli olur. Phenolphtaelein çözeltisi ph değerinin 8,2-9,8 olduğu aralıkta renksizden pembeye renk değiştirir. Aşağıda belirli aralıklarda renk değiştiren ve ph değerini ölçmemize yarayan bazı indikatörlerin renk değiştirdikleri ph aralıkları gösterilmektedir. Tablo: Bazı asit baz indikatörleri ve renk değiştirdikleri ph aralıkları Yukarıdaki indikatörlerin karışımıyla oluşturulan indikatöre evrensel indikatör adı verilir. Günümüzde ph değerinin ölçülmesi elektronik aletlerle gerçekleştirilmektedir. Elektronik phmetrelerle yapılan ölçümlerde çok daha kesin sonuçlar elde edilmektedir. Şekil. Evrensel İndikatör 14

16 Asit Kuvveti ve Asit İyonlaşma Sabiti(K a ) Elektrolit özellik gösteren bir çözeltinin kuvveti, o çözeltide çözünen veti, o çözeltide çözünen maddenin iyonlarına ayrışma derecesiyle ilişkilidir. Kuvvetli elektrolit çözeltide madde tamamıyla iyonlarına ayrışır. Zayıf elektrolit çözeltide ise çözünen madde kısmen iyonlarına ayrışır. Kuvvetli ya da zayıf asitleri işte bu iyonlaşma yüzdelerine göre belirleyebiliriz. Kuvvetli asitler, suda tümüyle iyonlaşabilen asitlerdir. Zayıf asitler suda az iyonlaşabilen asitlerdir. başka bir deyişle bir asitin kuvveti onun denge durumuna bağlıdır. HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) Yukarıdaki denklemde, HA formülü bir asiti göstermektedir. Eğer denge tümüyle sağa ilerliyorsa, asit kuvvetli bir asittir; çünkü tamamıyla iyonlarına ayrışmaktadır ve çözeltide HA asiti derişimi sıfıra yakındır. Denge sola doğru yönelmişse, iyonlaşma eğilimi çok az olduğu için asit zayıftır ve HA derişimi çok fazladır. Tablo. Bazı kuvvetli asitler ve zayıf asitler Kuvvetli asitler Hidroklorik asit(hcl) bir kuvvetli asit örneğidir. HCl(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + Cl - (suda) Denklemdeki ok işaretinin tek yönlü olması asitin tümüyle iyonlaştığını belirtir. HCl çözeltisindeki HCl taneciklerinin tümü iyonlaşarak H 3 O + (suda) ve Cl - (suda) iyonlarını oluşturmuştur. Örneğin, 1,0 M HCl çözeltisinde H 3 O + ve Cl - iyonları derişimi 1,0 M dır. Yukarıdaki tabloda çeşitli kuvvetli asitler ve zayıf asitler verilmiştir. Bu kuvvetli asitlerden bazıları iyonlaştığında bir proton verebilen monoprotik asitler (HCl, HBr, HI, HNO 3, HClO 4 ) olarak adlandırılır. Tablodaki kuvvetli asitlerden H 2 SO 4 ise iyonlaştığında iki iyonlaşabilen proton verdiği için diprotik asit olarak adlandırılır. 15

17 Zayıf asitler Tabloda verilen asitlerden HF asiti suda tümüyle iyonlaşmadığı için zayıf asittir. HF(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) +F - (suda) HF çözeltisinde çok fazla sayıda iyonlaşmamış HF molekülü bulunur. Çok az iyonlaşabildiği için çözeltide az miktarda da olsa H 3 O + ve F - iyonları da vardır. Örneğin, 1,0 M HF çözeltisinde H 3 O + iyonları derişimi 1,0 M dan daha azdır, çünkü HF moleküllerinin çok az bir kısmı iyonlarına ayrışır. Böylece madde zayıf asit özellik gösterecektir. Bir asitin kuvvetli ya da zayıf olmasının derecesi, suyun çekim kuvvetine göre, asitin anyonu(konjuge bazı) ile hidrojen iyonu arasındaki çekimin kuvvetine bağlıdır. Hidrojen iyonu ile asitin anyonu arasındaki çekim kuvveti zayıf ise su ile daha kolay etkileşecek ve iyonlaşacaktır. Böylece madde kuvvetli asit özellik gösterecektir. Hidrojen iyonu ile asitin anyonu arasındaki çekim kuvveti fazla ise su ile daha zor etkileşecek ve az miktarda iyonlaşacaktır. HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) Yukarıdaki denkleme göre,ha asitindeki H + iyonu ile A - iyonu arasındaki çekim kuvveti zayıf olursa denge tepkimesi sağa doğru yönelecek ve ve asit tümüyle iyonlaşacaktır. Bu asitler kuvvetli asitlerdir. HA asitindeki H + iyonu ile A - iyonu arasındaki çekim kuvveti fazla olursa denge tepkimesi sola doğru yönelecek ve ve asit az miktarda iyonlaşmış olacaktır. Bu asitler zayıf asitlerdir. Kuvveti ve Zayıf asitler tablosu incelendiğinde, monoprotik, diprotik ve triprotik(h 3 PO 4 gibi iyonlaşabilen üç proton içeren asitler) olan zayıf asitler görülecektir. Asit İyonlaşma Sabiti(K a ) Zayıf asitlerin birbirlerine göre kuvvetlerini belirlerken iyonlaşma sabitleri göz önüne alınır. Asit iyonlaşma sabiti(k a ) bir zayıf asitin iyonlaşma tepkimesindeki denge sabitidir. Bir zayıf asitin iyonlaşma tepkimesini, birbirine eşdeğer ik denklemle gösterebiliriz. HA(suda) + H 2 O(s) HA(suda) H 3 O + (suda) + A - (suda) H + (suda) + A - (suda) Zayıf asitin iyonlaşma denklemini kullanarak denge sabitini, [ ][ ] [ ] [ ][ ] [ ] 16

18 [ ] ile [ ] eşdeğer olduğuna göre, denklem olarak yukarıdakilerden birini kullanmamız yeterli olacaktır. Zayıf asitlerin iyonlaşma sabitleri çok küçük sayısal değerlerdir. Bu sayısal değerler zayıf asitlerin çok az iyonlaştığını göstermektedir. K a değeri küçüldükçe asit daha az iyonlaşır. Örnek: Aşağıda iki asitin K a değerleri veriliyor. HF asiti için K a = 3,5x10-4 HClO asiti için K a = 2,9x10-8 Buna göre, a) hangisi daha zayıf asittir? b) F - ve ClO - konjuge bazlarından hangisi daha kuvvetlidir? Çözüm: a) HClO asitinin iyonlaşma sabiti daha küçük olduğuna göre HClO daha zayıf asittir. b) Zayıf bir asitin konjuge bazı ise daha kuvvetlidir. Bu nedenle ClO - konjuge bazı kuvvetlidir. Kuvvetli ve Zayıf Asit çözeltilerinde [ ] ve ph bulunması Kuvvetli asit ya da baz çözeltilerinde iki temel kaynağı vardır; asitin iyonlaşmasından oluşan ve suyun iyonlaşmasından oluşan aşağıdaki gibidir. iyonları. HA kuvvetli ya da zayıf asitinin ve suyun iyonlaşma denklemleri HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) Kuvvetli ya da zayıf asit H 2 O(s) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + OH - (suda) K su = 1,0x10-14 Çok seyreltik sulu çözeltiler ihmal edildiğinde, tüm sulu çözeltilerde suyun iyonlaşmasından gelen miktarı asitten gelen iyonları iyonları yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olur. Saf suda, suyun iyonlaşmasıyla oluşan iyonları derişimi 1,0x10-7 M dır. Kuvvetli ya da zayıf asitten gelen iyonları derişimi bu değerden çok daha fazla olacağı için, Le Chataliers ilkesine göre fazladan gelen dengesinin sola kaymasına neden olacaktır. Böylece suyun iyonlaşmas ıyla oluşan iyonları suyun iyonlaşma iyonları derişimi daha da küçük olacağından ihmal edilebilecektir. Genel olarak kuvvetli ya da zayıf asit çözeltilerinde, suyun iyonlaşmasıyla oluşan iyonları derişimi ihmal edilecek ve oluşan iyonları derişiminin asitt en geldiği varsayılacaktır. Kuvvetli asit çözeltilerinde iyonları derişimi, çözeltiyi oluşturan asitin derişimine eşit olacaktır. Örneğin 0,10 M HCl çözeltisindeki iyonları derişimi 0,10 M, ph değeri ise 1,00 olacaktır. Örnek: 0,025 M HNO 3 kuvvetli asit çözeltisinin ph değeri kaçtır?(log 2,50 = 0,40) Çözüm: HNO 3 (suda) + H 2 O(s) ( ) + (suda) ph = -log [ ] = -log(2,5x10-2 ) = 1,60 Zayıf asit çözeltilerinde iyonları derişimi, çözeltiyi oluşturan asitin derişimine eşit değildir. Bu durumda [ ] derişiminin hesaplanması denge problemlerindeki gibi bir çözümü gerektirmektedir. Yani [ ] bulunması daha karmaşık işlemlerin yapılmasını gerektirmektedir. Örneğin, 0,10 M HA zayıf asitinin iyonlaşma 17

19 sabiti K a olsun. Suyun iyonlaşmasından gelen iyonları ihmal edildiğine göre çözeltideki iyonları derişimi aşağıdaki denge tepkimesinden hesaplanabilir. HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) Başlangıç 0,10 M 0,00 0,00 Değişim -x +x +x Denge 0,10-x x x Başlangıçtaki iyonları derişimi yaklaşık sıfır kabul edilmiştir; çünkü suyun iyonlaşmasından gelen derişim ihmal edilmiştir. X, iyonlaşabilen HA derişimini göstermektedir. Bu durumda denge sabiti, yazıldığında, [ ][ ] [ ] bulunur. Denge denkleminde denge derişimleri yerine K a = eşitliği elde edilir. Genel olarak HA başlangıç derişiminin yanında iyonlaşabilen miktar(x) çok küçük olduğundan ihmal edilebilir. İhmal etmenin hataya neden olmaması için oranının 0,05 ten(%5) küçük olması gerekir. Örnek: 0,100 M HCN çözeltisinin H 3 O + iyonları derişimini bulunuz.(hcn için K a = 4,9x10-10 ) HCN(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + CN - (suda) Örnek: 0,200 M HNO 2 çözeltisinin ph değeri kaçtır?(hno 2 için K a = 5,0x10-4 ) HNO 2 (suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + (suda) Örnek: 0,100 M HA zayıf asit çözeltisinin ph değeri 5 olduğuna göre HA zayıf asitinin K a değeri kaçtır? Örnek: 0,200 M HA zayıf asit çözeltisinin ph değeri 4 olduğuna göre HA zayıf asitinin K a değeri kaçtır? Zayıf asitlerin iyonlaşma yüzdesi Bir zayıf asitin iyonlaşmasını yüzde iyonlaşma değeri olarakta ifade edebiliriz. Bir zayıf asitin iyonlaşma yüzdesini iyonlaşabilen asit derişimini, zayıf asitin başlangıç derişimine oranlayıp 100 ile çarparak bulabiliriz. İyonlaşma Yüzdesi = = [ ] [ ] Örnek: 2,0 M HNO 2 çözeltisindeki iyonlaşma yüzdesini hesaplayınız.(hno 2 için K a = 5,0x10-4 ) Zayıf asit çözeltilerinde asit derişimi artırıldığında, iyonları derişimi de artar, ancak asit derişimindeki artış iyonları derişimindeki artıştan daha fazla olur; çünkü asit derişimi artarken bu derişimin çok az bir kısmı iyonlaşır. Bu davranışı Le Chataliers ilkesine göre şöyle açıklayabiliriz. HA(suda) H + (suda) + A - (suda) 1 mol çözünmüş parçacık 2 mol çözünmüş parçacık 18

20 Yukarıdaki denkleme göre denge durumunda bulunan çözeltinin seyreltilmesi(su eklenerek) durumunda sistem bu etkiyi azaltacak yönde tepki gösterecektir. Denge derişimler azaldığı için sağa yönelecektir; çünkü denklemin sağ tarafı daha fazla parçacık bulundurmaktadır. Sistem sağa kayınca iyonlaşma yüzdesi de artmış olacaktır. Dengedeki zayıf asit çözeltisine su eklenmesi daha seyreltik bir çözelti oluşmasına neden olurken asitin iyonlaşma yüzdesini de artıracaktır. Zayıf asitlerde asitin başlangıç derişimi arttıkça dengedeki derişimi de artar. Zayıf asitlerde asitin başlangıç derişimi arttıkça iyonlaşma yüzdesi azalır. Örnek: Aşağıda verilen zayıf asit çözeltilerinden hangisinin iyonlaşma yüzdesi en büyüktür? Hangi çözeltinin ph değeri en küçüktür(daha asidiktir)? a) 0,100 M HC 2 H 3 O 2 b) 0,500 M HC 2 H 3 O 2 c) 0,0100 M HC 2 H 3 O 2 Çözüm: 0,0100 M HC 2 H 3 O 2 çözeltisinin iyonlaşma yüzdesi en büyüktür. Zayıf asitin derişimi azaldıkça iyonlaşma yüzdesi artar. Asit derişimi arttıkça iyonları derişimi de artar. iyonları derişiminin fazla olduğu çözeltinin ph değeri daha küçük olur. Kuvvetli ve Zayıf Bazlar Kuvvetli Bazlar Kuvvetli bazlar, suda tamamıyla iyonlaşabilen bazlardır. Örneğin, NaOH çözeltisinde bazın tamamı Na + ve OH - iyonlarına ayrışır. NaOH(suda) Na + (suda) + OH - (suda) 1,0 M lık NaOH çözeltisinde NaOH ın tamamı iyonlaştığı için *OH - ] = 1,0 M ve [Na + ] = 1,0 M olur. Bazı kuvvetli bazlar ve zayıf bazlar tabloda verilmiştir. Tablo. Kuvvetli ve Zayıf Bazlar Tabloda görüldüğü gibi, kuvvetli bazlar 1A ve 2A grubu metallerinin hidroksitleridir. 1A grubu metallerinin hidroksitleri suda çok iyi iyonlaşırlar ve derişik baz çözeltileri oluştururlar. 2A grubu metallerinin hidroksitlerinin 19

21 sudaki çözünürlükleri daha azdır. Suda çözündüklerinde mol başına 2 mol OH - iyonu oluştururlar. Örneğin, Sr(OH) 2 suda aşağıdaki gibi çözünür. Sr(OH) 2 (suda) Sr 2+ (suda) + 2 OH - (suda) Diprotik asitler iki basamakta iyonlaşabilirken, bazlar iyonlaşmalarını tek basamakta tamamlarlar. Zayıf Bazlar Zayıf bazlar, zayıf asitlerle benzer davranışlar gösterirler. OH - iyonu içeren kuvvetli bazlardan farklı olarak, zayıf bazlar suyun iyonlaşmasını sağlayarak sudan bir proton alırlar ve suda OH - oluşmasını sağlarlar. Zayıf bazların genel iyonlaşma denklemi aşağıdaki gibidir. B(suda) + H 2 O(s) BH + (suda) + OH - (suda) B yukarıdaki denklemde bir zayıf bazı sembolize etmektedir. Amonyak suda aşağıdaki gibi iyonlaşır. NH 3 (suda) + H 2 O(s) (suda) + OH - (suda) Çift yönlü ok iyonlaşmanın çok az olduğunu vurgulamaktadır. NH 3 çözeltisinde çoğunlukla NH 3 molekülleri çözünmüş halde bulunurken, çok az miktarda da ve OH - iyonları bulunur. Örneğin, 1,0 M NH 3 çözeltisinde OH - iyonları derişimi 1,0 M dan çok küçük olur. Bir zayıf asitin iyonlaşmasının ölçüsü bazın iyonlaşma sabiti(k b ) ile ifade edilir. Bir zayıf bazın iyonlaşma sabiti denge denklemi yazılarak ifade edilebilir. B(suda) + H 2 O(s) BH + (suda) + OH - (suda) K b = [ ][ ] [ ] K b değeri küçüldükçe, baz da daha zayıf olur. Kuvvetli ve Zayıf Baz çözeltilerinde [ ] ve poh bulunması Kuvvetli ve Zayıf asitlerde gerçekleştirilen hesaplamalar, kuvvetli ve zayıf bazlar için de geçerlidir. Örnek: 0,225 M kuvvetli baz KOH çözeltisindeki OH - iyonları derişimi kaç M dır? Örnek: 0,0015 M Sr(OH) 2 çözeltisindeki OH - iyonları derişimi kaç M dır? Örnek: 0,005 M Ba(OH) 2 çözeltisindeki OH - iyonları derişimini ve ph değerini bulunuz. Örnek: 0,1 M NH 3 zayıf baz çözeltisindeki OH - iyonları derişimini, iyonlaşma yüzdesini ve ph değerini bulunuz.(log1,3 = 0,1, NH 3 için K b = 1,69x10-5 ) Örnek: 0,01 mol HNO3 ile 10 litre çözelti hazırlanıyor. Buna göre, çözeltideki OH - iyonları derişimi kaç molardır? Örnek: 0,04 mol HCl ile 4 litre çözelti hazırlanıyor. Buna göre, çözeltideki OH - iyonları derişimi kaç molardır? 20

22 Örnek: 27 o C sıcaklık ve 1,2 atm basınçta 4,1 litre hacim kaplayan HCl gazı 200 ml suda çözünüyor. Buna göre, çözeltinin ph ve poh değerlerini bulunuz. Örnek: 4 gram NaOH bileşiğinin 10 litre suda çözünmesiyle hazırlanan çözeltinin ph ve poh değerlerini bulunuz. (NaOH=40) Örnek: ph değeri 12 olan 20 litre çözelti hazırlamak için kaç gram Ca(OH)2 gereklidir? (Ca(OH)2=74) Örnek: ph değeri 2 olan HCl çözeltisinin 400 mililitresine kaç ml su katılırsa ph değeri 3 olur? Örnek: ph değeri 0 olan HCl çözeltisinin 500 mililitresine kaç ml su katılırsa ph değeri 2 olur? Örnek: NK'da 8,96 litre hacim kaplayan HCl gazı ile 4 litre çözelti hazırlanıyor. Çözeltinin ph ve poh değerlerini bulunuz. Örnek: ph değeri 13 olan 20 litre NaOH çözeltisi için, a) kaç gram NaOH çözünmüştür? (NaOH=40) b) H + ve OH - iyonları molar derişimleri kaçtır? c) ph/poh oranı kaçtır? Örnek: ph değeri 1 olan 10 litre HCl çözeltisi için, a) NK'da kaç litre hacim kaplayan HCl gazı çözünmüştür? b) H + ve OH - iyonları molar derişimleri kaçtır? c) ph/poh oranı kaçtır? Örnek: 0,4 M 100 ml NaOH sulu çözeltisine 300 ml su ilave ediliyor. Buna göre, oluşan çözelti için, a) ph ve poh değerleri kaçtır? b) kaç gram NaOH çözünmüştür? (NaOH=40) Örnek: 0,8 M 400 ml HNO3 sulu çözeltisine su ilave edilerek 3,2 litre çözelti hazırlanıyor. Buna göre, oluşan çözelti için, a) ph ve poh değerleri kaçtır? b) kaç gram HNO3 çözünmüştür? (HNO3=63) Örnek: HA zayıf asiti için asitin iyonlaşma sabiti(ka) 5x10-6 'dır. Buna göre, 0,2 M HA asit çözeltisinin, a) ph değeri kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? Örnek: HA zayıf asiti için asitin iyonlaşma sabiti(k a) 1x10-5 'dır. Buna göre, 0,1 M 400 ml HA asit çözeltisinin, a) ph ve poh değerleri kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) H + iyonlarının mol sayısı kaçtır? Örnek: HA zayıf asiti için asitin iyonlaşma sabiti(ka) 4x10-7 'dır. Buna göre, ph değeri 4 olan HA asit çözeltisinin, a) molar derişimi kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? 21

23 c) A - iyonlarının molar derişimi kaçtır? d) ph/poh değeri kaçtır? Örnek: HA zayıf asiti için asitin iyonlaşma sabiti(ka) 1,8x10-7 'dır. Buna göre, 0,5 M HA asit çözeltisinin, a) H + ve OH - iyonları molar derişimi kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) A - iyonlarının molar derişimi kaçtır? Örnek: Asetik asit(ch 3COOH) zayıf asitinin belirli bir sıcaklıktaki iyonlaşma sabiti(k a) 4x10-6 'dır. 1,5 gram CH3COOH bileşiğinin 10 litre suda çözünmesiyle hazırlanan çözeltinin, a) CH3COOH molar derişimi kaçtır? (CH3COOH=60) b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) A - iyonlarının molar derişimi kaçtır? d) ph/poh değeri kaçtır? Örnek: XOH zayıf bazının iyonlaşma sabiti(kb) 8,1x10-5 'tir. XOH çözeltisindeki X + iyonları derişimi 9x10-3 M olduğuna göre, a) XOH çözeltisinin derişimi kaç molardır? b) Zayıf bazın çözeltideki iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) H + iyonları derişimi kaç molardır? Örnek: 0,01 M XOH zayıf baz çözeltisinin ph değeri 8 olduğuna göre, a) iyonlaşma sabiti(kb) kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? Örnek: 0,01 M XOH zayıf baz çözeltisinin ph değeri 10 olduğuna göre, a) iyonlaşma sabiti(kb) kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? Örnek: 0,01 M HA zayıf asit çözeltisinde iyonlaşma yüzdesi 0,1 olduğuna göre, a) iyonlaşma sabiti(ka) kaçtır? b) ph ve POH değerleri kaçtır? Örnek: 0,1 M HA zayıf asit çözeltisinde iyonlaşma yüzdesi 0,1 olduğuna göre, a) iyonlaşma sabiti(k a) kaçtır? b) ph ve POH değerleri kaçtır? Örnek: HA zayıf asiti için iyonlaşma sabiti(ka) 1x10-7 'dır. Buna göre, 0,001 M 400 ml HA asit çözeltisinin, a) ph ve poh değerleri kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) H + iyonlarının mol sayısı kaçtır? 22

24 Örnek: 0,01 M HCl çözeltisinin 200 mililitresi su ile 2 litreye seyreltiliyor. Buna göre, oluşan çözelti için, a) ph ve poh değerleri kaçtır? b) H + /OH - kaçtır? Örnek: NH3 için belirli bir sıcaklıkta Kb=2x10-5 'tir. NK'da 2,24 litre hacim kaplayan NH3 gazının suda çözünmesiyle hazırlanan 2 litre çözelti için, a) NH 3 derişimi kaç molardır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) N ve OH - iyonları derişimi kaçtır? d) ph ve poh değerleri kaçtır? Örnek: HNO2 için belirli bir sıcaklıkta Ka=5x10-4 'tür. 0,04 mol HNO2 bileşiğinin suda çözünmesiyle hazırlanan 200 ml çözelti için, a) HNO2 derişimi kaç molardır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) H + ve OH - iyonları derişimi kaçtır? d) ph ve poh değerleri kaçtır? Örnek: XOH zayıf bazı için belirli bir sıcaklıkta Kb=4x10-6 'dır. 0,5 mol XOH'ın suda çözünmesiyle hazırlanan 2 litre çözelti için, a) XOH derişimi kaç molardır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) X + ve OH - iyonları derişimi kaçtır? d) ph ve poh değerleri kaçtır? Örnek: Asetik asit(ch3cooh) zayıf asitinin belirli bir sıcaklıktaki iyonlaşma sabiti(ka) 1,8x10-5 'dir. 0,2 mol CH3COOH bileşiğinin 3,6 litre suda çözünmesiyle hazırlanan çözeltinin, a) CH3COOH molar derişimi kaçtır? b) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? c) CH3COO - iyonlarının molar derişimi kaçtır? d) ph/poh değeri kaçtır? Örnek: 0,1 M HA zayıf asit çözeltisinde ph değeri 5 olduğuna göre, a) iyonlaşma sabiti(ka) kaçtır? b) poh değeri kaçtır? c) iyonlaşma yüzdesi kaçtır? 23

25 Poliprotik asitler Birden fazla iyonlaşabilen proton içeren asitlere poliprotik asitler denir. Poliprotik asitlerin iyonlaşması basamaklar halinde gerçekleşir. Her iyonlaşma basamağındaki asit iyonlaşma sabiti de farklıdır. Örneğin, Karbonik asit(h 2 CO 3 ) diprotik asiti, CO 2 gazının suda çözünmesiyle oluşur. Karbonik asit, suda çözündüğünde iki basamaklı iyonlaşma gerçekleştirir. H 2 CO 3 (suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + (suda) [ ][ ] [ ] (suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + (suda) [ ][ ] [ ] Asitin iyonlaşma basamağı ilerledikçe iyonlaşma sabiti küçülür(k a1 >K a2 ). Birinci iyonlaşmadan sonra oluşan negatif iyonlu yapıdan bir protonun koparılması daha zor hale gelir; Böylece yukarıdaki örnekte olduğu gibi iyonundan bir proton koparmak, H 2 CO 3 molekülünden bir proton koparmaktan daha zor hale gelir; çünkü negatif yüklü iyon, pozitif yüklü iyonu nötr moleküle göre çok daha sıkı tutar. Bu tür asitler için çözeltideki H 3 O + iyonları derişimi hesaplanırken ikinci iyonlaşmada oluşan H 3 O + iyonları derişimi, ilk iyonlaşmada oluşan H 3 O + iyonları derişiminden çok çok az olacağı için, ihmal edilebilir. Başka bir deyişle çözeltideki H 3 O + derişimi birinci iyonlaşmada oluşan H 3 O + iyonları gözönüne alınarak bulunur. Bazı poliprotik asitlerin iyonlaşma basamaklarındaki iyonlaşma sabitleri aşağıdaki gibidir. İyonların ve Tuzların Asit-Baz Özellikleri Bazı iyonların baz gibi davranabildiklerini görmüştük. Örneğin, bikarbonat iyonları aşa ğıdaki gibi baz özellik gösterir. (suda) + H 2 O(s) H 2 CO 3 (suda) + OH - (suda) Bikarbonat iyonları, başka iyonlar gibi kendi başına kararlı olmayan ve serbest halde tek başına bulunamayan iyonlardır. Bikarbonat iyonu nötr hale gelebilmek için bir karşıt iyon(bu tepkimede katyon) ile birleşerek iyonik bir bileşik(tuz) oluşturur. Sodyumbikarbonat sodyum iyonlarıyla bikarbonat iyonlarının birleşerek oluşturduğu bir tuzdur. Bikarbonat iyonunun sodyum tuzu olan sodyum bikarbonat, bütün diğer çözünebilen tuzlar gibi suda çözündüğünde iyonlaşarak sodyum katyonunu ve bikarbonat anyonlarını oluşturur. NaHCO 3 (k) Na + (suda) + (suda) 24

26 Çözeltideki Na + iyonları asit ya da baz özellik göstermez(suyu iyonlarına ayrıştırmaz). Aynı çözeltideki bikarbonat iyonları ise bir zayıf baz gibi davranarak suyun iyonlaşmasına neden olacak ve etkileşme sonucunda bazik özellikte bir çözeltinin oluşmasına neden olacaktır. (suda) + H 2 O(s) H 2 CO 3 (suda) + OH - (suda) Çözeltinin ph değeri ölçüldüğünde 7 den büyük olduğu görülecektir. Bu bölümde, iyonların ve tuzların asit-baz özellikleri incelenecektir. Yapısında yer alan iyonların özelliklerine göre bazı tuzlar asidik, bazıları bazik, diğerleri de nötr özellik gösterir. Genel olarak, anyonlar nötr ya da bazik çözeltiler oluşturma, katyonlar ise nötr ya da asidik çözeltiler oluşturma eğilimindedirler. Zayıf Bazların Anyonları Anyonlar, asitlerin konjuge bazlarıdır... anyonu.. asitinin konjuge bazıdır. Cl - F - HCl HF HNO 3 Genel olarak asit formülü HA kabul edilirse, bu asitin konjuge bazı A - anyonudur. Her anyonun bir asitin konjuge bazı olduğu varsayılırsa, her anyonun baz gibi davranabilme potansiyelinin olabileceği ortaya çıkar; ancak, bu davranış asitin kuvvetine bağlı olduğu için her anyon bu davranışı gösteremez. Bir zayıf asitin konjuge bazı olan anyon zayıf baz özellik gösterir. Kuvvetli bir asitin konjuge bazı olan anyon nötr özellik gösterir. Cl - iyonu HCl kuvvetli asitinin konjuge bazıdır. Cl - iyonu sulu çözeltisinde nötr özellik gösterecektir. F - anyonu ise HF zayıf asitinin konjuge bazıdır. F - iyonu kendi başına bir baz gibi davranacak ve suyu iyonlaştırarak aşağıdaki tepkimeyi gerçekleştirecektir. F - (suda) + H 2 O(s) HF(suda) + OH - (suda) Bir zayıf asitin konjuge bazının neden bazik özellik gösterdiğini daha iyi aşıklayabilmek için zayıf asitin iyonlaşmasından başlayarak açıklama yapmak gerekir. HF bir zayıf asit olduğu için sudaki denge tepkimesi sola yönelme eğilimindedir. HF(suda) + H 2 O(suda) H 3 O + (suda) + F - (suda) Tepkime sola yönelme eğilimindedir; çünkü F - iyonunun H + iyonunu yakalama eğilimi oldukça fazladır. Buna bağlı olarak, F - iyonu suya tek başına konulursa, H + iyonunu yakalama isteği fazla olduğu için sudan H + iyonlarını çekecek, daha çok su molekülünün iyonlaşmasına neden olacaktır. Böylece çözeltide OH - iyonları artacak ve F - iyonları bir zayıf baz gibi davranmış olacaktır. Aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi asitlerin zayıflığı arttıkça, konjuge bazlarının baz kuvveti artacaktır. Kuvvetli bir asit olan HCl nin konjuge bazı olan Cl - ise nötr özellik gösterecektir; çünkü Cl - iyonunun H + yakalama ilgisi çok azdır ve suya tek başına bırakıldığında sudan H + iyonu koparamaz ve suyu iyonlaştıramaz. 25

27 Örnek: Aşağıdaki anyonları zayıf baz ya da nötr olarak sınıflandırınız. a) b) c) d) e) Bir anyonun zayıf baz gibi davrandığı bir çözeltideki ph değerinin bulunması, herhangi bir zayıf bazın çözeltisindeki ph değerinin bulunmasındaki gibi hesaplanır. Bu hesaplamanın yapılabilmesi için, zayıf baz gibi davranan anyonun iyonlaşma sabitinin(k b ) bulunması için, anyonu oluşturan asitin iyonlaşma sabitinin de(k a ) bilinmesi gerekir. Bir HA zayıf asitinin K a değeri aşağıdaki şekilde hesaplanır. HA(suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + A - (suda) [ ][ ] [ ] Zayıf HA asitinin konjuge bazı olan A - iyonunun iyonlaşma denklemi aşağıdaki gibidir. A - (suda) + H 2 O(s) HA(suda) + OH - (suda) A - bazının K b değeri de aşağıda verilen eşitlikle bulunur. [ ][ ] [ ] Denklemler toplanarak, K a ve K b değerlerini birbiriyle çarpılırsa K su değeri elde edilir. K a x K b = [ ][ ] [ ] [ ][ ] [ ] = [ ][ ] = K su ya da, K a x K b = K su değerine ulaşılır. Yukarıdaki sonuç, bir zayıf asitin K a değeriyle, asitin konjuge bazının K b değerinin çarpımının K su değerine eşit olduğunu gösterir. 26

28 Örnek: Asetik asitin( asetat iyonlarının K b değerini bulunuz. ) 25 o C sıcaklıkta K a değeri 1,8x10-5 olduğuna göre, asetik asitin konjuge bazı olan Çözüm: K a x K b = K su = 5,6x10-10 Örnek:HCN bileşiği için K a değeri 4,9x10-10 olduğuna göre CN - için K b değeri kaçtır? Örnek: 0,100 M NaHCO 2 çözeltisinin ph değerini hesaplayınız. NaHCO 2 tuzu suda tamamen iyonlaşarak nötr özellkteki Na + ve zayıf baz özellikteki iyonlarını oluşturur. ( HCHO 2 zayıf asiti için K a = 1,8x10-4, K su = 1,0x10-14 = 2,4, log4,2 = 0,62) Zayıf Asit Katyonları Katyonlardan bazıları sulu çözeltilerinde zayıf asit gibi davranabilirler. Burada katyonları davranışları bakımından üç farklı grupta toplamak gerekir. Kuvvetli bazların yapısındaki katyonlar: Kuvvetli bazlar suda tümüyle iyonlaşarak yapısındaki katyonları ve OH - iyonlarını oluşturur. Oluşan katyonlar su molekülleri ile iyon-dipol etkileşimim kurar. Bu durumda suyun iyonlaşması gerçekleşmez. Katyonlar suyu iyonlaştırmadıkları için çözelti nötr özellik gösterir. Kuvvetli bazların yapısını oluşturan katyonlar nötr özelliktedir. Örneğin, NaOH, KOH ve Ca(OH) 2 kuvvetli bazlarının yapısında yer alan Na +, K +, Ca +2 iyonların sulu çözeltileri nötr özellik gösterir. Zayıf bazların konjuge asiti olan katyonlar: İyonik olmayan bir zayıf bazın katyon oluşturabilmesi için formülüne bir proton(h + ) eklemesi gerekir. Oluşan katyon zayıf bazın konjuge asiti olur. Aşağıda bazı zayıf bazların konjuge asitleri listelenmiştir.. Zayıf bazının.konjuge asitidir. NH 3 C 2 H 5 NH 2 CH 3 NH 2 Yukarıda verilen katyonları BH + genel formülüyle gösterirsek, katyonun zayıf asit özellikteki denge denklemini aşağıdaki gibi yazabiliriz. BH + (suda) + H 2 O(s) H 3 O + (suda) + B(suda) Bir zayıf bazın konjuge asiti zayıf asit özellik gösterir. Yukarıda verilen denkleme göre katyonun K a değerini, anyonların zayıf baz özellik göstermesindeki gibi hesaplayabiliriz. K a x K b = K su Oluşan çözeltinin ph değerinin hesaplanması da zayıf asitlerdeki ph hesaplamaları gibi yapılır. Çapı küçük, yükü büyük olan metal katyonları: Al +3, Fe +3 gibi çapı küçük, yükü büyük olan metallerin katyonları zayıf asit çözeltileri oluştururlar. Örneğin, Al +3 iyonları suda çözündüğünde, su ile hidrat yapısı oluşturur ve Bronsted-Lowry asiti gibi davranarak zayıf asit özellik gösterir. Al +3 (suda) + 6 H 2 O(s) ( ) (suda) 27

29 ( ) (suda) + H 2 O(suda) ( ) ( ) (suda) + H 3 O + (suda) Alkali metal ve toprak alkali metal katyonları suda yukarıda verilen örnekteki gibi iyonlaşmazlar. Ancak pekçok metal kayonu suda yukarıdaki gibi iyonlaşabilmektedir. Metal katyonun çapı küçüldükçe ve yükü arttıkça asidik davranabilme özelliği de artar. Örnek: Aşağıdaki katyonları zayıf asit veya nötr olarak sınıflandırınız. a) ) +2 c) Cr +3 d) Li + e) f) Fe +3 Tuz Çözeltilerinin sınıflandırılması 1. Katyonu ya da anyonu asit ya da baz gibi davranmayan tuzların sulu çözeltileri nötr özelliktedir. 2. Katyonu asit gibi davranmayan ancak anyonu baz gibi davranan tuzları sulu çözeltileri baz özelliktedir. 3. Katyonu asit gibi davranan ancak anyonu baz gibi davranmayan tuzların sulu çözeltileri asit özelliktedir. 4.Katyonu asit gibi davranan, anyonu da baz gibi davranan tuzları sulu çözeltilerinin nasıl davranacağı asit ve bazın kuvvetlerine bağlı olarak belirlenir. Böyle bir çözeltide, çözeltinin ph değerinin belirlenmesi için asitin K a değeri ile bazın K b değerine bakılır. K a > K b ise çözelti asidik, K b > K a ise çözelti baziktir. KATYON ANYON Kuvvetli asitin konjuge bazı Zayıf asitin konjuge bazı Zayıf Bazın Konjuge asiti Asidik K a ve K b değerlerine bağlı Çapı küçük, yükü büyük metal iyonu Asidik K a ve K b değerlerine bağlı Kuvvetli bazın yapısındaki katyon Nötr Bazik Tablo. Tuz çözeltilerinin ph değeri Örnek: Aşağıdaki tuz çözeltilerinin hangileri asidik, hangileri bazik, hangileri nötr özelliktedir? a) SrCl 2 (Kuvvetli asit-kuvvetli Baz, Nötr) 28

30 b) AlBr 3 (Asidik katyon-nötr anyon, Asidik) c) CH 3 NH 3 NO 3 ( Asidik katyon-nötr anyon, asidik) d) NaCHO 2 (nötr katyon-bazik anyon, bazik) e) NH 4 F Ka( ) = 5,68x10-10 K b (F - ) = 2,9x10-11 (asidik katyon- bazik anyon, K a > K b asidik) Örnek: 0,2 M CH 3 COONa çözeltisinin ph'ı kaçtır? (CH 3 COOH için K a = 2 x10-5 ) Örnek: 0,18 molarlık CH 3 COONa tuzu çözeltisinin poh değeri kaçtır? (CH 3 COOH için K a =1,8x10-5 ) Örnek: 0,1 M N 2 H 5 Br çözeltisinin ph değeri kaç olur?( N 2 H 4 için K b =1x10-7 ) Örnek: NaOH kuvvetli baz, NH 3 zayıf bazdır. HNO 3 kuvvetli asit, CH 3 COOH zayıf asittir. Buna göre: I. CH 3 COONa II. NaNO 3 III.NH 4 NO 3 sulu çözeltilerinin, 25 o C sıcaklıkta, hangisi ya da hangilerinde ph değeri 7'den büyük olur? Örnek: 0,2 M NH 4 NO 3 çözeltisinin poh değeri kaçtır?(nh 3 için K b =2x10-5 ) Örnek: 0,2 M NaCN çözeltisinin ph değeri 10 olduğuna göre, HCN zayıf asiti için iyonlaşma sabiti(k a ) kaç olur? Örnek: X : Kuvvetli asit-zayıf baz Y : Zayıf asit-kuvvetli baz Z : Kuvvetli asit-kuvvetli baz ile oluşturulmuş tuzlardır. Bu tuzların sulu çözeltileri için, I. Üçü de elektrik akımını iletir. II. X ve Z baz özelliği gösterir. III.Y asit özelliği gösterir. Yargılarından hangileri doğrudur? 29

31 Asit Kuvveti ve Moleküler Yapı Bir bronsted-lowry asiti proton veren maddedir. Bununla birlikte, bazı asit içeren maddeler asit gibi davranırken bazıları asit özellik göstermemektedir. Bazı asitler kuvvetli asit olarak adlandırılmakta, bazıları zayıf asit olarak davranmaktadırlar. Hidrojen içeren H 2 S bir asit gibi davranırken, CH 4 aynı özelliği göstermemektedir. HF çok az iyonlaşarak zayıf asit özellik gösterirken HCl suda tamamıyla iyonlarına ayrışarak kuvvetli asit özellik göstermektedir. Hidrojen içeren bu bileşiklerin asit özelliklerini iki gruba ayırarak incelemek gerekir. Hidrojenli İkili Asitler: Hidrojen yanında sadece bir element içeren asitlerdir. Genel formül olarak H Y sembolü kullanılır. Bu moleküler yapıdaki hidrojenin verilmesini kolaylaştıran faktörler, bağın polarlığı ve bağın kuvvetidir. Bağın polarlığı: H Y asitinin asit özellik gösterebilmesi için atomlar arasındaki bağın polar olması ve hidrojen atomunun pozitif kutup olması gerekir. Kısmen pozitif yüklenmiş durumda olan hidrojen atomu bu molekülden H + iyonu şeklinde ayrılırsa madde asit özellik göstermiş olur. Asidik değil Asidik değil Asidik LiH iyonik bir maddedir ve hidrojen tarafı negatif kutup olduğu için asit özellik göstermez. C-H bağı ise apolar yapıdadır; çünkü C ve H atomlarının elektronegativite değerleri yaklaşık olarak birbirine eşittir. H-F molekülünde ise F elementinin elektronegativite değeri çok yüksektir. Bu nedenle bağın H tarafı pozitif kutup olduğu için HF asit özellik gösterir. Bağın H tarafının kısmen pozitif olması H + iyonu oluşmasını sağlar. Bağın Kuvveti: H-Y bağının kuvveti asitin kuvvetini etkiler. Bağın kuvveti arttıkça hidrojen atomunun ayrılma olasılığı ve H + oluşma olasılığı azalır. Madde zayıf asit özellik gösterir. Hidrojen halojenür bileşikleri incelenirse, bağ kuvvetinin asit kuvvetine etkisi daha iyi anlaşılabilir. Asit Bağ Enerjisi(kJ/mol) Asitin türü H-F 565 Zayıf H-Cl 431 Kuvvetli H-Br 364 Kuvvetli HCl ve HBr bileşiklerinin bağları daha zayıf olfuğu için ikisi de kuvvetli asit özelliği gösterirler. HF bileşiğinin bağı kuvvetli olduğu için zayıf asit özelliği gösterir. Elektronegativite artar, asitlik artar Bağ kuvveti 6A H 2 O 7A HF azalır, H 2 S HCl Asitlik artar. H 2 Se HBr H 2 Te HI Tablo. 6A ve 7A grubu hidrojenli bileşiklerinin asit özellikleri. Soldan sağa gidildikçe hidrojenli bileşiklerin asit özelliği H-Y bağının polarlığı arttığı için artar. Yukarıdan aşağı inildiğinde H-Y bağının kuvveti azaldığı için hidrojenli bileşiklerin asit özelliği artar. 30

32 Oksiasitler: Oksijen atomuna bağlı hidrojen içeren asitlerdir. Oksijen atomu hidrojen atomunun yanında başka bir atoma da bağlıdırlar(genel formülde Y ile gösterilen atom). Y atomu başka atom yada atomlara bağlı olabileceği gibi, başka hiçbir atoma bağlı olmayabilir. Yukarıdaki oksiasit bileşiğinde H elementinin ayrılarak H + iyonu oluşturmasında iki önemli etken vardır. Y element atomunun elektronegativite değeri Y element atomu ile bağ yapan oksijen atomu sayısı Y elementinin elektronegativite değeri: Y elementinin elektronegativite değeri arttıkça H-O bağının polarlığı artar ve madde daha asidik olur. Aşağıda Y elementinin elektronegativite değerine bağlı olarak bazı oksiasitlerin iyonlaşma sabitleri(k a büyüdükçe asitlik kuvveti artar) verilmiştir. Asit Y nin elektronegativitesi K a H O I 2,5 2,3x10-11 H O Br 2,8 2,0x10-9 H O - Cl 3,0 2,9x10-8 Cl elementinin elektronegativite değeri en büyük olduğu için oluşturduğu oksiasitin kuvveti daha fazladır. Y atomuna bağlanan oksijen atomu sayısı: Oksiasitler Y atomuna bağlı birden fazla oksijen atomu içerebilrler. Moleküle eklenen diğer oksijen atomlarının elektronegativi te değerleri yüksek olduğu için, elektron yoğunluğunun Y atomundan uzaklaşmas ına neden olurlar. Elektron yoğunluğu Y atomundan uzaklaştıkça H O bağından da uzaklaşır ve oksiasitin asitliği artar. Oksijen sayısı arttıkça oksiasitin H + oluşturma olasılığı da artar ve asit kuvveti artar. Buna göre, H 2 SO 4 asiti H 2 SO 3 asitinden, HNO 3 asiti HNO 2 asitinden daha kuvvetlidir. Asit baz ile ilgili verilen tablolarda H 2 SO 4 ve HNO 3 kuvvetli asitler grubunda yer alırken, H 2 SO 3 ve HNO 2 zayıf asit grubunda yer alırlar. 31

33 Lewis Asit ve Bazları Arrhenius ve Bronsted-Lowry asit baz tanımlarından sonra, asitlere daha geniş bir bakış açısı getiren yeni asit baz tanımı Amerikalı kimyacı G. N. Lewis tarafından yapılmıştır. Lewis tarafından oluşturulan modele Lewis modeli denir. Lewis elektron nokta gösterimi ile kimyasal bağları açıklamıştır. Bronsted-Lowry modeli proton transferi ile asit baz tanımı yaparken, Lewis elektron çifti transferi ile aist baz tanımını yapmıştır. H + iyonu ve NH 3 arasında gerçekleşen aşağıdaki tepkimeyi inceleyelim. H + + : NH 3 * H : NH 3 ] + Bronsted-Lowry hidrojene odaklanır. Lewis modeli elektron çiftine Bronsted_lowry modeline göre amonyak(nh 3 ) proton alarak bir baz gibi davranır. Lewis modeline göre, amonyak elektron çiftini vererek baz gibi davranır. Lewis modelinin genel asi t baz tanımı bu nedenle elektron çiftine dayalı olarak yapılabilir. Lewis asiti : elektron çiftini alan maddedir. Lewis bazı : elektron çiftini veren maddedir. Lewis asit baz tanımına göre, H + elektron çiftini alarak asit gibi davranmış, : NH 3 ise elektron çiftini vererek baz gibi davranmıştır. Lewis modeline göre, bir maddeni asit özellik göstermesi için hidrojen içermesi gerekmez. Lewis modeline göre, asit olan maddenin elektron çiftini alan taraf olması yeterlidir. BF 3 + : NH 3 F 3 B : NH 3 Lewis asiti Lewis bazı Yukarıdaki örnekte Boron triflorür molekülünde merkez atomunun elektron çiftini alabilecek boş bir orbitali bulunur. Bu nedenle amonyaktan elektron çiftini alır ve asit özellik gösterir. Bu tepkime, Lewis asitlerinin bir boş orbitallerinin olduğunu( ya da elektronlarını yeniden düzenleyerek boş bir orbital oluşturduğunu) ve elektron çiftini aldığını göstermektedir. Lewis modelinin bu tanımı yeni bir asit sınıfını kapsamaktadır. Lewis asiti gibi davranan moleküller Oktetini tamamlamamış olam moleküller boş orbitaller içerirler ve birer Lewis asiti gibi davranabilirler. Örneğin, AlCl 3 ve BCl 3 moleküllerinin ikisi de oktetini tamamlamamış ve boş orbital içerirler. Maddelerin ikisi de Lewis asidi gibi davranırlar ve aşağıdaki tepkimelerde olduğu gibi elektron çiftini alırlar. 32

34 Bazı moleküller başlangıçta boş orbital içermediği halde Lewis asiti gibi davranabilmek için elektronlarını yeniden düzenleyerek boş orbital oluşturur ve elektron çiftini alır. Yukarıdaki örnekte C atomundaki çift bağlardaki elektron uçtaki oksijen atomuna taşınır ve C üzerindeki boş orbital, sudan elektron çiftini alarak Lewis asiti gibi davranır. Bundan sonra molekül yeni bir düzenlemeye giderek, içteki oksijene bağlı(bağ sayıs ı 3 ten ikiye ineceği için) hidrojenlerden birini uçtaki oksijene aktarır ve karbonik asit oluşur. Lewis asiti gibi davranan katyonlar Pozitif yüklü, elektronlarını kaybetmiş ve boş orbitali bulunan bazı katyonlar Lewis asiti gibi davranabilirler. Aluminyumun hidratlaşması olayında aluminyum iyonu Lewis asiti gibi davranır. Aluminyum iyonları su moleküllerinden elektron çiftlerini alır ve hidratlaşmış iyonları oluştururlar. Çapı küçük, yükü fazla olan bazı metal iyonları yukarıdakine benzer şekilde Lewis asiti özelliği gösterirler. 33