Sulu Çözeltiler ve Kimyasal Denge

Transkript

1 Sulu Çözeltiler ve Kimyasal Denge

2 Sulu Çözeltiler Çözelti: iki veya daha fazla maddenin meydana getirdiği homojen karışımdır. çözücü, Kütlece fazla olan (veya çözme işlemini yapan) bileşene çözücü denir. çözünen Kütlece daha az olan (çözücü içinde dağılan) bileşene çözünen denir nonelectrolyte Sulu Çözeltileri elektriği iletmeyen maddeler Elektrolit: suda çözündüğü zaman iyonlarına ayrışan ve elektriği ileten maddelere elektrolit denir Kuvvetli elektrolit. Zayıf Elektrolit Suda tamamen iyonlaşan bileşikler suda iyonlarına kısmen ayrılan bileşikler

3 Çözünürlük Kuralları çözünen 1A grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+ bileşikleri suda tamamen çözünür. NO3 (Nitrat), CHCOO- (asetat),clo4 (perklorat)bileşikleri suda tamamen çözünür. Cl- Bileşikleri (AgCl, Hg2Cl2, PbCl2) hariç suda çözünür SO42+ (Sr SO4, Ca SO4, Ba SO4, Pb SO4 hariç) suda çözünür. çözünmeyen OH- 1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+ Ba(OH)2 Sr(OH)3 Ca(OH)2 hariç suda çözünmez. S2-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) NH4+ hariç suda çözünmez. CO32-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+hariç suda çözünmez. PO43-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+hariç suda çözünmez.- Cl-, Br-, I- SO 42 - Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ NH 4 + NO 3 - ClO 4 - CH 3 CO 2 - CO 3 2-, PO 4 3- HO-, S 2-

4 Kuvvetli elektrolit. Suda tamamen iyonlaşan bileşikler

5 Zayıf Elektrolit suda iyonlarına kısmen ayrılan bileşikler

6 SULU ÇÖZELTİ KİMYASI

7 Kimyasal Denge Bir kimyasal reaksiyonda, reaktiflerin ve ürünlerin konsantrasyonlarının oranlarının sabit kaldığı duruma kimyasal denge denir. aa + bb cc + dd [C] c [D] d K = [A] a [B] b K birimsizdir. Denge sabitinin değeri sıcaklığa bağlıdır. Denge sabiti ifadesinde saf saf sıvı ve saf katılarla çözücülerin konsantrasyonu sabit olduğundan yazılmaz.

8 Reaksiyon N 2 (g)+ H 2 (g) 2NH 3 (g) 2H 2 O(s) H 3 O + + OH - CaCO 3(k) Ca 2+ (suda) + CO 3 2- (suda) Denge İfadesi [NH 3 ] 2 K = [N 2 ] [H 2 ] Ksu= [H 3 O + ] [OH - ] Kçç= [Ca 2+ ] [CO 3 2- ] Denge tipi Suyun İyonlaşması Bir tuzun suda çözünmesi CH 3 COOH (s) H 3 O + (suda) +CH3COO- (suda) [H 3 O + ] [CH3COO - ] Ka= [CH 3 COOH] Zayıf Asit ve Zayıf bazların İyonlaşması Ni 2+ (suda) + 4CN- (suda) Ni(CN) 4 2- (suda) I 2 (suda) I 2 (org) [Ni(CN) 4 2- ] β 4 = [Ni 2+ ] [CN - ] 4 [I 2 ] org Kd= [I 2 ] suda Kompleks Oluşumu Dağılma dengesi

9 Asit Ekşi tatları vardır Metalleri ve Karbonat tuzlarını çözerler Turnusol kağıdını kırmızıya çevirirler Asit ve Bazlar Baz Acı tatları vardır Kayganlık hissi verirler Metal iyonları ile Çökelti verirler Turnusol kağıdıı maviye çevirirler. Asit- Baz Tanımları Arrhenius Asit-Baz TanımıBase (1884) Brønsted-Lowry Asit-Baz Tanımı (1923) Lewis asit-baz Tanımı :

10 Asit- Baz Tanımları Arrhenius Asit-Baz Tanımı (1884) Hidrojen içeren ve Suda çözüldüğünde H + iyonu oluşturan maddelere Asit denir. HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) OH iyonu içeren ve suda çözüldüğünde OH oluşturan maddelere Baz denir. NaOH (aq) Na + (aq) + OH - (aq) iyonu

11 Brønsted-Lowry Asit-Baz Tanımı (1923) H + iyonu verme eğiliminde olan maddelere asit denir.. HCl + H 2 O Cl + H 3 O + Asit + Baz Baz + Asit H + iyonu alma eğiliminde olan maddelere baz denir.. NH 3 + H 2 O NH OH - Baz + Asit Asit + Baz Konjuge Asit ve Baz çiftleri HF + H 2 O F + H 3 O + H 2 PO 4 + OH HPO H 2 O NH CO 3 2 NH 3 + HCO 3

12 Lewis asit-baz Tanımı : Baz elektron çifti veren tür, Asit ise elektron çifti alan maddedir B + H + B - H +

13 Nötralleşme. HCl + NaOH H2O + NaCl Bir asit ile bazın reaksiyona girerek birbirlerinin asit ve bazlığını nötürleştirmesidir. Reaksiyon sonucunda su ve tuz adı verilen iyonik bileşik oluşur

14 Elektrolit Asit ve bazların Kuvvetliliği Suda (ve bazı çözücülerde) çözündüğü zaman iyonlaşarak elektriği ileten çözeltilere elektrolit denir. Kuvvetli elektrolitler bir çözücüde tamamen, zayıf elektrolitler kısmen iyonlaşır. Kuvvetli Asit Zayıf Asitler Kuvvetli baz Zayıf baz Suda tamamen iyonlaşan asitlere kuvvetli asit denir. Suda kısmen iyonlaşan asitlere zayıf asit denir Suda tamamen iyonlaşan bazlar kuvvetli bazdır Suda kısmen iyonlaşan bazlara zayıf baz denir HCl (aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl- (aq) CH 3 COOH (aq) + H 2 O CH 3 COO- (aq +H 3 O (aq) NaOH (aq) Na + (aq) + OH - (aq NH 3(g) +H 2 0 (l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) HCl, HBr, ve HI HNO 3, H 2 SO 4, HClO 4 gibi Oksiasitler HF. HCN, H 2 S HClO, HNO 2, ve H 3 PO 4 Organik asitler (RCOOH), CH 3 COOH C 6 H 5 COOH M 2 O or MOH, M= 1A(1) metalleri (Li, Na, K, Rb, Cs) MO or M(OH) 2, M = Group 2A metalleri (Ca, Sr, Ba) [MgO and Mg(OH) 2 Amonyak (:NH 3 ) Aminler (RNH 2, R 2 NH, R 3 N), CH 3 CH 2 NH 2, (CH 3 ) 2 NH, (C 3 H 7 ) 3 N, C 5 H 5 N

15

16 ph Hidrojen iyonu konsantrasyonun eksi logaritmasıdır. (logaritma on tabanına göre ) ph = - log[h 3 O + ] ph = - log [H + ] poh poh = -log [OH - ] H 2 O (l) + H 2 O (l) < -- > H 3 O + + OH - K [H 2 O] 2 = K su = [H 3 O + ][OH - ] = 1.0 x (25 C) Saf suda Hidronyum iyonu ve hidroksil iyonu konsantrasyonları eşittir. [H 3 O + ]=[OH - ]= 1.0 x 10-7 (25 C) ph = 7.00 ph < 7.00 ph > 7.00 nötr çözeltiler asidik çözeltiler Bazik çözeltiler

17 ph Hesaplamaları Kuvvetli Asit ve Bazlarda Zayıf Asit ve Bazlarda Kuvvetli Asitlerde ph direkt kuvvetli asitten gelen H+ iyonu konsantrasyonu kullanarak hesaplanır. Burada suyun iyonlaşmasından gelen H+ ve OH- iyonları ihmal edilir. Zayıf Asit ve bazlarda Asitlik veya Bazlık denge sabiti kullanılır Burada suyun iyonlaşmasından gelen H+ ve OH- iyonları duruma göre ihmal edilir veya edilmez.

18 Kuvvetli Asit ve Bazlarda Kuvvetli Asitlerde ph direkt kuvvetli asitten gelen H+ iyonu konsantrasyonu kullanarak hesaplanır. Burada suyun iyonlaşmasından gelen H+ ve OH- iyonları ihmal edilir. HCl (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + Cl- (aq) ph = - log[h3o+]

19 Zayıf Asit ve Bazlarda Zayıf Asit ve bazlarda Asitlik veya Bazlık denge sabiti kullanılır [H 3 O + ] [A - ] Ka = [HA] [H + ] = ( Ka. [HA] ) ½ HA (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + A- (aq) CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH3COO - [H 3 O + ] [CH3COO - ] Ka= [CH 3 COOH]

20 Soru: 10-2 M hydronium iyonu içeren çözeltinin ph ı nedir? ph = -log[h 3 O + ] = (-1)log 10-2 = (-)(-2) = 2 soru : 25 C deki M hidroklorik asit çözeltisinim [H 3 O + ], ph, poh ını hesaplayınız. soru : M CH 3 COOH çözeltisinin H+ konsantrasyonunu ve phını hesaplayınız. K a = 1.8 x 10-5

21 soru : M CH 3 COOH çözeltisinin H+ konsantrasyonunu ve phını hesaplayınız. K a = 1.8 x 10-5 Çözüm: CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH3COO - Concentration (M) CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH3COO - Initial Change -x x +x Equilibrium x ---- x x x x K a = x Kabul x = x 2 = 2.25 x 10-5 x = 1.5 x 10-3 ph= 2.82

22 Soru: 10^-8 M HCl çözeltisinin ph ını hesaplayınız. Ksu= 1 x 10^-14

23 Çözünürlük Çarpımı Sabiti Alkali metallerin bileşikleri suda çözünür, ancak bir çok bileşik suda az çözünür. Suda az çözünen bileşikler için çözünürlük çarpımı sabit sıcaklıkta doygun çözeltide iyon konsantrasyonları çarpımına eşittir. SrCrO4(aq) Sr2+(aq) + CrO42-(aq) Kçç = [Sr2+] [CrO42-]

24 Soru: aşağıdaki şıklarda meydana gelecek reaksiyonları açıklayınız Na2CO3 ve CaCl2 bileşikleri suda çözülüp karıştırıldığında CuSO4 ve NaNO3 bileşikleri suda çözülüp karıştırıldığında

25 Çözünürlük Kuralları çözünen 1A grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+ bileşikleri suda tamamen çözünür. NO3 (Nitrat), CHCOO- (asetat),clo4 (perklorat)bileşikleri suda tamamen çözünür. Cl- Bileşikleri (AgCl, Hg2Cl2, PbCl2) hariç suda çözünür SO42+ (Sr SO4, Ca SO4, Ba SO4, Pb SO4 hariç) suda çözünür. çözünmeyen OH- 1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+ Ba(OH)2 Sr(OH)3 Ca(OH)2 hariç suda çözünmez. S2-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) NH4+ hariç suda çözünmez. CO32-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+hariç suda çözünmez. PO43-1.grup bileşikleri (Na, K, Li,) ve NH4+hariç suda çözünmez.- Cl-, Br-, I- SO 42 - Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ NH 4 + NO 3 - ClO 4 - CH 3 CO 2 - CO 3 2-, PO 4 3- HO-, S 2-

26 Çözünürlük Dengesi Kçç Çözünürlük Dengesi Kçç Al(OH) 3 Al 3+ + OH - 1.3x10-33 ZnS Zn 2+ +S 2-1.6x10-24 BaCO 3 Ba 2+ +CO x10-9 MgCO 3 Mg 2+ +CO x10-8 PbCl 2 Pb Cl - 1.6x10-5 AgCl Ag + + Cl - 1.8x10-10

27 soru: Ca 3 (PO 4 ) 2, Ag 2 CrO 4, CaF 2, PbSO 4 ifadesini yazınız. bileşikleri için çözünürlük çarpımı Soru: katı baryum sülfat 25 C de saf suda bir kaç gün çalkalanarak bekletiliyor. Doymuş çözelti dengesinde 1.04x10-5 M Ba 2+, olduğuna göre BaSO 4 için Kçç yi hesaplayınız. soru: CaF 2 için 3.9x10-11, olduğuna gore CaF 2 in suda ki çözünürlüğünü mol/l cinsinden hesaplayınız

28 Ortak İyon etkisi Az çözünen bir bileşiğin çözünürlüğü, dengede bulunan iyonlardan birinin eklenmesiyle azalır. soru: Ag 2 SO 4 çözünürlüğünü 1.0 M Na 2 SO 4 varlığında hesaplayınız. Ag 2 SO 4 için K çç =1.4x10-5

29 Çözünürlük çarpımı ve çökelti oluşumu Q iç iyonlar çarpımı herhangi bir anda çözeltide bulunan iyonların konsantrasyonlarının çarpımıdır Q iç < K sp Q iç = K sp Q iç > K sp çökme olmaz doygun çözelti aşırı doygun çözelti çökme olur. Seçimli Çöktürme

30 Soru : 0.10 M AgNO 3 çözeltisi [CrO 2-4 ] = 0.010M ve [Br-]= 0.10M içeren çözeltiye yavaş yavaş ekleniyor. (Ag 2 CrO 4 için K çç 1.4x10-5, AgBr için K çç 5.0 x10-13 ) a.agbr (s) veya Ag 2 CrO 4 (s) hangisi çöker b.ag 2 CrO 4 çökmeye başladığı anda çözeltide kalan [Br - ] konsantrasyonu nedir. c.br - ve CrO 4 2- birbirinden çöktürülerek ayrılabilir mi?

31 İyonik Dengelere Elektrolitlerin Etkisi İyonik türleri içeren dengeler çözeltideki tüm iyonlardan (eklenen elektrolitlerden) etkilenir. Bunun nedeni elektrolit iyonları ile dengede yer alan iyonlar arasındaki elektrostatik çekme ve itme kuvvetleridir. Az çözünen tuzların sudaki çözünürlüğü, ortak iyon içermeyen elektrolit eklenmesi sonucu artar. İyonik Şiddet:. çözeltideki iyonların toplam konsantrasyonlarının ölçüsüdür µ = ½ M 1 Z 12 + M 2 Z M n Z n 2 Z x = X türünün yükü µ = çözeltinin iyonik şiddeti M x = X türünün molar konsantrasyonu soru: 0.1 M Na2SO4 ve 0.1 M NaCl içeren çözeltinin iyonik şiddetini hesaplayınız.

32 Aktivite Katsayısıları Çözeltilerde iyonik şiddet artıkça iyonların etkin konsantrasyonu azalır.. Bir dengede yer alan iyonik türlerin belirli iyonik şiddetteki etkin konsantrasyonunu ifade etmek için aktivite terimi kullanılır. a x = γ x [X] a x = X türünün aktivitesi γ x = aktivite katsayısı birimsizdir. [X]= X türünün molar konsantrasyonu

33 Aktivite katsayısının özellikleri ve hesaplanması Aktivite katsayısı çok seyreltik çözeltilerde 1 e eşit olur. Yüksüz bir molekülün aktivite katsayısı iyonik şiddet ne olursa olsun yaklaşık 1 dir. Aktivite katsayısı elektrolitin cinsine değil iyonik şiddete bağlıdır. Belirli iyonik şiddette, iyonik türlerin yükü arttıkça aktivite katsayısı 1 den uzaklaşır Z x2 (µ ) ½ - log γ x = α x (µ ) ½ γ x = aktivite katsayısı Z x = X türünün yükü µ = çözeltinin iyonik şiddeti α x = hidratize X iyonunun nanometre cinsinden etkin çapı

34 Denge sabiti ve Çözünürlük çarpımı hesaplarında molar konsantrasyonların kullanılması daha doğrudur. Türlerin Aktiviterinin kullanıldığı denge sabitine termodinamik denge sabiti, çözünürlük çarpımına da termodinamik çözünürlük çarpımı denir. AmBn şeklinde bir çökelek için K çç = a Am a Bn = γ Am γ Bn [A] m [B] n = γ Am γ Bn K çç Soru: CaF 2 ile doymuş M MgSO 4 çözeltisindeki Ca 2+ konsantrasyonunu hesaplayınız. CaF 2 Ca F - Kçç= 3.9 x 10-11