KİMYA II DERS NOTLARI

Transkript

1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 KİYA II DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Asit Baz Tanımları Asit ve baz, değişik zamanlarda değişik şekillerde tanımlanmıştır. Bugün bu tanımların hepsi de kullanılmaktadır. Hangi tanımın en iyisi olduğu konunda kesin bir kabul yoktur. Arrhenius a göre Bronsted-Lowry e göre Lewis e göre Arrhenius a göre Asit ve bazlarla ilgili ilk tanımı Arrhenius'un yaptığı tanımdır. Arhenius'a göre asit da iyonlatığında H iyonu veren, baz ise OH - (hidroksit iyonu) iyonu veren maddelerdir. Buna göre HCl, HNO 3, H SO 4, CH 3 COOH birer asit NaOH, KOH, Ca(OH), Al(OH) 3 ise birer bazdır. Çünkü bu maddeler da H veya OH - iyonu vererek iyonlaşır. 1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

2 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Bu sistem çok kullanışlı olmakla birlikte çok dar kapsamlıdır. Yalnız, yapısında H veya OH- bulunan maddeleri tanımlayabilmektedir. Oysa, içinden CO gaz geçirildiğinde çözelti asit özelliği göstermekte veya NH3 gaz geçirildiğinde çözelti baz özelliği göstermektedir. Bu nedenle. Arrhenius'un tanımının biraz değiştirilerek ile tepkimeye girdiğinde yun hidrojen iyonu (H) derişimini artıran maddelere asit, hidroksit iyonu (OH-) derişimini artıran maddelere de baz denir şeklinde ifade edilmesi uygun görülmüştür. Bu şekilde tanımlamaya çözücü sistemi veya genişletilmiş Arrhenius tanımı da denir. Bu sisteme göre NH3, NaS birer baz, CO ve AlCl3 ise birer asittir. Çünkü; tepkimeleri gereğince yun H ve OH- iyonu derişiminin artmasına neden olmaktadır. Bronsted-Lowry ye göre Asit ve bazlarla ilgili daha geniş bir tanım l93 yılında Danimarkalı Johannes Bronsted ve İngiliz Thomans Lowry tarafından birbirinden bağımsız olarak hemen hemen aynı zamanlarda yapılmıştır. Bu nedenle kavram Bronsted- Lowry kavramı olarak alınır. Bronsted ve Lowry tarafından yapılan bu tanım yalnız lu çözeltileri değil z çözeltileri de kapsar. Bu tanıma göre proton verebilen maddelere asit, proton alabilen maddelere ise baz denir. Bu tanımda asit veya baz bir iyon olabileceği gibi bir molekül de olabilir. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

3 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Örneğin; ile hidroklorik asit arasındaki aşağıdaki iyonlaşma denkleminde Hidroklorik asit proton veren, ise bu protonu alan maddedir. Bu tanıma göre HCl bir asit HO ise bir bazdır. Yukardaki dengenin soldan sağa doğru değil de sağdan sola doğru olduğu düşünülürse H 3 O hidrojen veren, Cl - ise bu hidrojeni alan maddedir. Bu durumda H 3 O bir asit, Cl - ise bir bazdır. Bronsted - Lowry tanımına göre bir asitin iyonlaşmasıyla oluşan tür proton alma eğilimindedir. Bu tür, kendini oluşturan asitin eşlenik(konjuge) bazı adını alır. Örneğin; yukarıdaki iyonlaşma dengesinde HCl bir asit, Cl - ise onun eşlenik bazıdır. Aynı şekilde H O bir baz, H 3 O ise onun eşlenik bazıdır. Lewis e göre Bronsted-Lowry kavramı Arrhenius'un tanımlayamadığı birçok maddeyi de asit veya baz olarak tanımlar. Örneğin; tepkimesinde NH 3 bir bazdır. Çünkü bir proton almış ve NH 4 iyonunu vermiştir. (Arrhenius'a göre de bir bazdır, çünkü yun OH - derişimini artırmıştır) Asit ve bazlarla ilgili bir başka tanım da Lewis tanımıdır. Gilbert N.Lewis in 1938 yılında yaptığı tanıma göre bir çift serbest elektronu bulunan ve bunu başka bir atom, molekül veya iyonla ortaklaşa kullanabilen maddeye baz, bazın bir çift elektronunu alarak ortaklaşa kullanılabilen maddeye de asit denir. 3 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

4 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Kısaca söylemek gerekirse Lewis tanımına göre bir kimyasal tepkime sırasında bir çift elektron veren baz bu elektronlar alan ise asittir. Örneğin; Buna göre NH 3 elektron çifti verdiği için baz, H ise bu elektronu aldığı için asittir. eşitliğinde serbest elektronu bulunan OH - bir baz, bu elektronu alabilecek durumda olan H 3 O ise bir asittir. serbest elektronlar bulunan azot nedeniyle trietilamin bir baz, dolmamış yörüngelerine bu elektronlar alabilecek durumda olan bor nedeniyle bortriklorür ise, bir asittir. Suyun İyonlaşması Eğer zayıf bir elektrolitse, iyonlaşması nasıl olur? H O(s) OH - (aq) H (aq) 5 C de iyonların derişimleri 1.0 x -7 kadar çok küçüktür. K K : Sudaki H ve OH - derişimlerinin çarpımıdır. Suyun iyonlaşma sabitidir. K Asidik çözeltilerde H mi OH - mi daha fazladır? [H ] > [OH - ] : asidik [OH - ] > [H ] : bazik [OH - ] = [H ] : nötral K = [ H 3O ][ OH ] = 14 4 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

5 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Ca(OH) çözeltisindeki H derişimini hesaplayınız. Çözeltideki Ca(OH) i meydana getiren nedir? Ca(OH) Ca OH - OH - derişimini hesaplayabilir miyiz? H derişimini bulabilmek için K yu kullanın 1.5molCa(OH) 1L [OH ] = 3.0 moloh 1molCa(OH) [ H ] = molOH = 1L -14 = x -4 HNO 3 çözeltisindeki H derişimini hesaplayınız. Çözeltideki HNO 3 ü meydana getiren nedir? HNO 3 H HNO - H derişimini hesaplayabilir miyiz? OH - derişimini bulabilmek için K yu kullanın 1.0x molhno 1L [H ] = 1.0x -4 1molH 1.0x molh = 1molHNO 1L [ OH ] = = x ph skalası Derişimleri kullanmaktan daha uygundur ph = -log [H ] poh = -log [OH - ] [H] azaldıkça ph artar 14.00=pH poh Bazik Nötr Asidik Amonyak Kan Saf Süt Sirke Limon yu ide asidi 1.0x -3 NaOH çözeltisinin ph ını bulunuz. OH - derişimini bulun poh ı hesaplayın, sonra ph NaOH Na OH - 3 molnaoh 1molOH moloh = 1L 1molNaOH 1L [ H ] = 3-14 = 3 11 ph = log( 11 ) = Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

6 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 [H ] ve [OH - ] in hesaplanması ph eşitliğinin tersi Çözeltinin ph ı 7.5 oln. [H ] ve [OH - ] derişimini hesaplayıp, asidik, bazik ya da nötral olup olmadığını bulalım. bazik [H ] = [H ] = 7.5 [OH ] = ph ve[oh ] = = 3.0 (147.5) -8 = 6.48 = 3.3 poh -7 ph= 4.7 olan çözeltinin poh, [H ] ve [OH - ]derişimini hesaplayınız.çözelti asidik, bazik yoksa nötralmidir? poh = = 9.3 [H ] = 4.7 [OH ] = asidiktir = = 5 - Kuvvetli Asitler Bilinen en kuvvetli asitler HCl, HBr, HI, HNO 3, HClO 3, HClO 4 ve H SO 4. Kuvvetli asitler kuvvetli elektrolitlerdir. Tüm kuvvetli asitler çözeltilerinde tamamen iyonlaşırlar: HNO 3 (aq) H O(s) H 3 O (aq) NO 3- (aq) H ve H 3 O birbirinin yerine geçebildikleri için denklem ; HNO 3 (aq) H (aq) NO 3- (aq) Kuvvetli asitler çözeltilerde tek H kaynağıdırlar. Bu yüzden çözeltinin ph ı, monoasitin başlangıç derişimiyle bulunur. Dikkat : Eğer asitin derişimi -6 dan küçükse,yun iyonlaşmasından gelen H i de hesaba katmak gerekir. 6 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

7 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Kuvvetli Bazlar Çoğu iyonik hidroksitler kuvvetli bazlardır.( NaOH, KOH ve Ca(OH) ). Kuvvetli bazlar kuvvetli elektrolitlerdir ve çözeltide tamamen iyonlarına ayrışırlar. Kuvvetli bazın poh ı (ve dolayısıyla ph ı), bazın başlangıçderişiminden hesaplanır. Stokiyometriye dikkat edin Bazlar OH - iyonu içermek zorunda değildirler: O - (aq) H O(s) OH - (aq) H - (aq) H O(s) H (g) OH - (aq) N 3- (aq) H O(s) NH 3 (aq) 3OH - (aq) HCl çözeltisinin ph ı kaçtır? ph= -log[h ] ph= -log[0.040] = - ( ) ph= 1.40 HNO 3 çözeltisinin ph ı.34 dür. Asidin derişimi kaçtır? ph ı 0.08 olan NaOH çözeltisinin derişimi kaçtır? ph= - log[h ] Antilog (- ph) = Antilog log[h ] [H ] = -ph [H ] = -.34 = 4.57 x -3 ph poh = poh = 14 poh = poh= - log[oh - ] Antilog (- poh) = Antilog log[oh - ] [OH - ] = -poh [OH - ] = = 1.07 x Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

8 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Zayıf f Asitler addelerin çoğu asidik veya zayıf asidiktir Zayıf asitler çözeltilerde sadece kısmen iyonlaşırlar. Çözeltide iyonlaşmamış asit ve iyonların bir karışımı vardır. Bu yüzden,zayıf asitler dengededir HA(aq) H O(l) HA(aq) H 3 O (aq) A - (aq) Birbirinin Birbirinin yerine yerine geçebilirge ebilir H (aq) A - (aq) K a K a - [H3O ][A ] = [HA] - [H ][A ] = [HA] Zayıf bazlar maddelerden proton uzaklaştırırlar. Bazla oluşturacağı iyonlar arasında bir denge vardır : Örneğin : Zayıf f Bazlar Weak base H O conjugate acid OH - NH 3 (aq) H O(l) NH 4 (aq) OH - (aq) Bazın iyonlaşma sabiti, K b, aşağıdaki gibi yazılır ; [NH ][OH - 4 ] K b = [NH3] Asit iyonlaşma yüzdesiy Asitin kuvvetliliğini ortaya koymak için bir diğer metottur. Aşağıdaki reaksiyon için ; HA(aq) H O(l) H 3 O (aq) A - (aq) [H3O ] % iyonlasma = [HA] denge Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

9 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Zayıf f Asitler (Poliprotik) Poliprotik asitler birden daha fazla iyonlaşabilen protona sahiptirler. Protonlar bir anda değil basamak basamak uzaklaşırlar. H SO 3 (aq) H (aq) HSO 3 - (aq) K a1 = 1.7 x - HSO 3 - (aq) H (aq) SO 3 - (aq) K a = 6.4 x -8 Poliprotik asitlerde ilk protonu uzaklaştırmak, ikincisinden daha kolaydır. Bu yüzden, K a1 > K a > K a3... Poliprotik Asit leri onoasit Çözeltilerinde [H ] ve ph hesabı 1. Kuvvetli Asitler Su ortamında seyreldikçe çözeltilerinde tamamen iyonlarına ayrışan asitlerdir. Böyle asitlerde K a = olur. A) Bunların çözeltilerinde [H ] iyonu derişimi -6 ın üstünde olduğu zaman [H ] = C A C A =asitin başlangıç derişimi Aslında [H ] = C A [OH - ] olur. Çünkü birde yun iyonlaşmasından meydana gelen [OH - ] vardır. Fakat [H ] derişimi yanında ihmal edilir. ph = - log [H ] = - log [C A ] 9 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

10 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 onoasit Çözeltilerinde [H ] ve ph hesabı onoasit Çözeltilerinde [H] ve ph hesabı 1. Kuvvetli Asitler B) C A = -6 dan daha düşük olduğu zaman yukarıdaki eşitlikte C A yanında [OH - ] ihmal edilemez. Çünkü büyüklükleri yakındır. [H ] = C A [OH - ] C A =asitin başlangıç derişimi [H ].[OH - ]= [ OH [ H ] K ] = [ H C ].[ H ] A K = 0 K [ H ] = CA [ H ] CA [ H ] = C 4. K A. Zayıf Asitler Zayıf asitler lu ortamda HA H A - dengesini meydana getirirler. Böyle bir tepkime için denge ifadesi ; K a [ H ].[ A ] = [ HA] [HA]= C A [H ] olmasına rağmen [H ] ihmal edilebilir ve [H ]=[A - ] Yerine konursa [ H ] = K. C a A onoasit Çözeltilerinde [H] ve ph hesabı 3. Çok Zayıf Asitler Seyreltik çözeltilerinde bile eser halde iyonlarına ayrılan asitlere denir. Bunlar asitlik sabitleri -9 ve daha küçük olan asitlerdir. Böyle asitler için ; [ H ] = K. C K a A onobaz Çözeltilerinde [OH - ] ve poh hesabı 1. Kuvvetli Bazlar Su ortamında seyreldikçe çözeltilerinde tamamen iyonlarına ayrışan bazlardır. Böyle bazlarda K b = olur. A) Bunların çözeltilerinde [OH - ] iyonu derişimi -6 ın üstünde olduğu zaman [OH - ] = C B C B =bazın başlangıç derişimi poh = - log [OH - ] = - log [C B ] Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

11 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 onobaz Çözeltilerinde [OH - ] ve poh hesabı onobaz Çözeltilerinde [OH - ] ve poh hesabı 1. Kuvvetli Bazlar B) C B = -6 dan daha düşük olduğu zaman [OH - ] = C B [H ] C B =bazın başlangıç derişimi [H ].[OH - ] = K = ] = K H [ OH ] [ K [ OH ] = CB [ OH ]. Zayıf Bazlar Zayıf bazlar lu ortamda B H O BH OH - dengesini meydana getirirler. Böyle bir tepkime için denge ifadesi ; [ OH ].[ BH ] = [ B] K a [B]= C B [BH ] [OH - ]=[BH ] olmasına rağmen yerine konursa [ OH ] C.[ OH ] B K = 0 CB [ OH ] = C 4. K B [ OH ] = K b. C B onobaz Çözeltilerinde [OH - ] ve poh hesabı 3. Çok Zayıf Bazlar Seyreltik çözeltilerinde bile eser halde iyonlarına ayrılan bazlara denir. Bunlar bazlık sabitleri -9 ve daha küçük olan bazlardır. Böyle bazlar için ; [ OH ] = K. C K b B Derişimi olan HCI asidin [H ] iyon derişimini ve ph ını bulunuz. C A < olduğundan ; 7 1. [ H ] = 7 (1. ) 4.1. ph= 6,8 14 CA [ H ] = = 1,67. 7 C 4. K A 11 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

12 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Derişimi 0.1 olan asetik asit çözeltisindeki tanecik derişimini ve ph, poh ını hesaplayınız. K a =1,8. -5 K a verildiğine göre zayıf asittir!!! [ H ] = K. C a A [ H ] = 5 1,8..0,1 = 1,3. [H ].[OH - ] = K = ,3. -3.[OH - ] = [OH - ] = 7, ph =.89 poh= ,01 piridin (C 6 H 5 N) çözeltisinin poh ını hesaplayınız. K b =1,6. -9 K b = -9 ve daha küçük olan bazlar, çok zayıf bazdır. Ancak K b > -9 olduğundan zayıf bazdır. [ OH ] = K b. C B 9 6 [ OH ] = 1,6..0,01 = 4. 6 poh = log[ OH ] = log(4. ) poh = 5,4 1,5 karbonik asit (H CO 3 ) çözeltisinin poh ı kaçtır. K a = 4,. -7 K a verildiğine göre zayıf asittir!!! [ H ] = K a. C A [ H ] = 4,. 7.1,5 = 7,5. 4 ph = 3,14 poh=,86 Derişimi. -7 olan NaOH asidin ph ını bulunuz. C B < olduğundan ;. [ OH ] = 7 7 (. ) 4.1. poh= 6,6 ph=7,38 C [ OH ] = 14 B =,41. CB 4. K 7 1 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007

13 Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007 Derişimi olan borik asit (H 3 BO 3 ) çözeltisinin ph ını hesaplayınız. K a =7,3. - K a, -9 den daha küçük olduğuna göre çok zayıf bazdır. [ H ] = K. C K a A Titrasyon [ H ] = 7, = 8,6. 7 ph= -log(8,6. -7 )=6,07 Asit ve Baz reaksiyona girdiğinde Tuz ve Su Soru?? ph= -log[h ] and poh= -log[oh - ] ph [H ] poh [OH - ] X -5 1 X -4 [H 3 O ][OH - ] = 1 x Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 007