ÇÖZELTİLERDE DENGE (AsitBaz) SUYUN OTOİYONİZASYONU Saf suyun elektrik akımını iletmediği bilinir, ancak çok hassas ölçü aletleriyle yapılan deneyler sonucunda suyun çok zayıf da olsa iletken olduğu tespit edilmiştir. Buna göre, suyun çok az da olsa iyonlaşmış olması gerekmektedir. Suyun kendi içinde iyonlaşmasına otoiyonizasyon ya da otoprotoliz denir. H 2O (s) + H 2O (s) H 3O + (suda) + OH (suda) Suyun iyonlaşma denklemine göre, su hem asit (proton veren) hem de baz (proton alan) karaktere sahiptir. Tek başına asit ya da baz değildir, ANCAK asitlere karşı baz, bazlara karşı asit özelliği gösterir. Bu özellikteki maddelere amfoter (amfiprotik) maddeler denir. Suyun İyonlaşma Dengesi: Ya da basit şekilde, 2H 2O (s) H 3O + (suda) + OH (suda) (H 3O + H + ) H 2O (s) H + (suda) + OH (suda) + H OH K c HO 2 Su, saf sıvı olduğu halde, iki su molekülü birbiri içinde çözünmüş gibi davrandığından, derişimi var kabul edilir. Ancak çok az iyonlaşan madde olduğu için sabit değer olarak alınır. K C. HO 2 H OH sabit sabit KSU H OH K SU: Suyun iyonlaşma sabiti 25 C de K SU1.10 14 tür. Sıcaklık arttırıldığında, su daha çok iyonlaşır, K SU değeri artar.
25 C de suyun iyonlaşma dengesi: H2O(s) H + (suda) + OH (suda) KSU H OH 14 1.10 x. x 7 x 10 M + 7 H OH 10 M ORTAM NOTR 25 C de suda HCl çözünme dengesi: HCl + H O H O + Cl proton veren ASiT (s) 2 (s) 3 (suda) (suda) proton alan BAZ Basit şekilde, HCl (suda) H + (suda) + Cl (suda) HCl, suda çözündüğünde sudaki [H + ] artar; H 2O (s) H + (suda) + OH (suda) Sıcaklık sabit olduğu için K SU da sabit olduğuna göre, [H + ] artarken [OH ] azalmıştır. K SU H OH sabit 25 C de suda NH 3 çözünme dengesi: H > OH ORTAM ASiDiK NH + H O NH + OH 3(s) 2 (s) 4 (suda) (suda) proton alan BAZ proton veren ASiT NH 3, suda çözündüğünde sudaki [OH ] artar; H 2O (s) H + (suda) + OH (suda) Sıcaklık sabit olduğu için K SU da sabit olduğuna göre, [OH ] artarken [H + ] azalmıştır. K SU H OH sabit ÖZET: * [H + ] [OH ] NÖTR ORTAM OH > H + ORTAM BAZiK * [H + ] > [OH ] ASİDİK ORTAM * [H + ] < [OH ] BAZİK ORTAM
ph ve poh KAVRAMLARI Sulu çözeltilerde [H + ] ve [OH ] değerleri çok küçük olduğu için, Danimarkalı Soren Sorensen ph kavramını öne sürmüştür. ph: Hidrojen iyonu (H + ) potansiyeli demektir. ve [H + ] değerinin log u alınarak bulunur. ph log[h + ] poh: Hidroksil iyonu (OH ) potansiyeli demektir. ve [OH ] değerinin log u alınarak bulunur. poh log[oh ] Soru 1: [H + ] 10 3 M molan bir çözeltinin 25 C de, a) ph? b) [OH ]? c) poh? d) Ortam nasıldır? Soru 2: 25 C de nötr bir ortamda, a) [H + ]? b) [OH ]? c) ph? d) poh? NOT: K SU [H + ][OH ] 10 14 (25 C) ph + poh 14
Soru: 25 C de 1 litresinde 36,5 gram HCl çözünmüş olan bir çözelti için, a) [H + ]? b) [OH ]? c) ph? d) poh? e) HCl ne özellik gösterir? (H:1, Cl: 35,5) [H + ], [OH ], ph ve poh ÇİZELGELERİ [H + ] (mol/l) [OH ] (mol/l) ph poh Asitlik kuvveti Bazlık kuvveti Asitlik kuvveti Bazlık kuvveti
ASİT VE BAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ 1. Sulu çözeltilerine, Asitler H + iyonu, Bazlar OH iyonu verirler. 2. Sulu çözeltilerinin tatları, Asitlerde Ekşi Bazlarda Acıdır. Bazlar ayrıca ele kayganlık hissi verirler. 3. Asit ve bazların sulu çözeltileri elektrolittir (elektrik akımını iletir). 4. Turnusol kağıdının rengini, Asitler Maviden kırmızıya Bazlar Kırmızıdan maviye çevirirler. 5. Fenolftalein gibi indikatörlerle etkileşerek renklerini değiştirirler. Fenolftalein, Asidik ortamda Renksiz Bazik ortamda Pembe renklidir. 6. Değerlikleri, Asitlerde Sulu çözeltilerine verdikleri H + iyonu sayısı Bazlarda Sulu çözeltilerine verdikleri OH iyonu sayısıdır. 7. Asitler CO 3 2 lı ve HCO 3 1 lı bileşiklerle tepkimeye girerek tuz, su ve CO 2 gazı oluştururlar. CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2O + CO 2(g) NaHCO 3 + HNO 3 NaNO 3 + H 2O + CO 2(g) 8. Suda çözündüğünde %100 iyonlaşan, Asitlere Kuvvetli asit Bazlara Kuvvetli baz denir. %100 den daha az iyonlaşan asit ve bazlara zayıf denir. İyonlaşma % si azaldıkça asit ve bazların kuvvetleri azalır. 9. Asit ve baz çözeltilerinde, Asitlerde H + iyonu potansiyeli anlamında ph Bazlarda OH iyonu potansiyeli anlamında poh ifadeleri kullanılır. ph log[h + ] poh log[oh ] 10. Elementlerin oksit bileşikleri, Asitler Ametal oksit 11. Metallerin asit ve bazlarla tepkimeleri, Tüm asitler Soy metaller (Hg, Ag, Cu, Au, Pt) hariç tüm metallerle tepkimeye girerek tuz ve H 2 gazı oluştururlar. K + HCl KCl + ½ H 2(g) Soy metaller sadece oksijenli ve kuvvetli asitlerle (HNO 3 ve H 2SO 4) tepkimeye girerler ancak, H 2(g) oluşturamazlar. Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO 2(g) + H 2O Bazlar Metal oksit Kuvvetli bazlar (NaOH, KOH) Sadece amfoter metallerle (Zn, Pb, Al, Sn, Cr) tepkimeye girerek tuz ve H 2 gazı oluştururlar. Zn + 2NaOH Na 2ZnO 2 + H 2(g) 12. Asit ve bazlar birbirlerini nötrleştirerek tuz ve su oluştururlar. Asit + Baz Tuz + Su HCl + NaOH NaCl + H 2O
NH 3 yapısında OH bulunmayan zayıf bir baz olduğundan asitler ile tepkimelerinden su açığa çıkmaz. HCl + NH 3 NH 4Cl ASİT VE BAZLARIN KUVVETLERİNİN SIRALANMASI ASİTLER 1. Halojenlerin çapı arttıkça (yukarıdan aşağıya) H li BAZLAR 1. Elementlerin OH li bileşiklerinin bazlık kuvveti yukarıdan bileşiklerinin asitlerin kuvveti artar. HI > HBr > HCl > HF F Cl Br I aşağıya indikçe artar. KOH > NaOH > LiOH Li Na K 2. Elementlerin soldan sağa gidildikçe H li bileşiklerinin asitlik kuvvetli 2. Elementlerin OH li bileşiklerinin bazlık kuvveti aynı periyotta artar. HCl > H 2S > PH 3 P S Cl soldan sağa azalır. NaOH > Mg(OH) 2 > Al(OH) 3 3. Aynı elementin oksijenli asitlerinde Na Mg Al O sayısı arttıkça asitlik kuvveti artar. HClO < HClO 2 < HClO 3 < HClO 4 4. Elementlerin oksijenli asitlerinde merkez atomun elektronegatifliği arttıkça asitlik kuvveti artar. HClO 3 > HBrO 3 > HIO 3 HClO 3 > H 2SO 3 > H 3PO 3
ASİTLERİN VE BAZLARIN AYRIŞMA DENGELERİ Asit ve Bazların BronstedLowry Tanımı Proton (H + ) veren madde ASİT Proton (H + ) alan madde BAZ NH 3(g) + H 2O (s) NH 4 + (suda) + OH (suda) Konjuge (eşlenik) asitbaz çifti: Aralarında 1 H farkı bulunan ve birbirine dönüşebilen tanecik çiftidir. H 2O ve OH NH 3 ve NH 4 + Konjuge asitbaz çiftleri Soru: Aşağıdaki tepkimelerde maddelerin BronstedLowry asitbaz tanımarını yapıp konjuge asitbaz çiftlerini belirtiniz. a) HCO 3 + H 2O H 3O + + CO 3 2 b) HCN + H 2O CN + H 3O + Su, hem hem de özellik gösterdiğine göre maddedir. c) HS + H 2O H 2S + OH Her asit proton (H + ) verince bir baza, her baz da bir proton alınca bir aside dönüşür. 1 proton verirse H 2O OH 1 proton alırsa Asit Baz 1 proton alırsa H 2O H 3O + 1 proton verirse Baz Asit
Soru 1: Aşağıdaki asitlerin konjuge bazlarını yazınız. a) HClO 4 b) HNO 2 c) H 2CO 3 d) H 2SO 4 Soru 2: Aşağıdaki bazların konjuge asitlerini yazınız. a) S 2 b) NO 3 c) HSO 3 d) CN 1 ZAYIF ASİT VE BAZLARIN AYRIŞMA DENGELERİ Asit ve bazlar suda çözündüklerinde %100 iyonlaşmıyorlarsa zayıf asit veya baz olarak tanımlanırlar ve sulu çözeltileriyle denge tepkimesi oluştururlar. Zayıf asitlerin denge sabitlerine K a (asitlik sabiti), Zayıf bazların denge sabitlerine K b (bazlık sabiti) denir. Örnek: HCN için 25 C de K a 6,2.10 10 HCN zayıf asit NH 3 için 25 C de K b 1,8.10 5 NH 3 zayıf baz Ayrışma Dengeleri: (suda) (suda) + (suda) a HCN H CN K H CN HCN 3(suda) 2 (s) 4 (suda) + (suda) b NH + H O NH OH K NH 4 OH NH3
Ayrışma Oranı ve Ayrışma Yüzdesi: HCN (suda) H + (suda) + CN (suda) Ka 6,2.10 10 Başlangıç: 1 M olsun Tepkime: x M iyonlaşırsa +x M +x M oluşur. Denge: (1x) M x M x M Ayrışma oranı olan x M denge bağıntısından hesaplanır. x M ayrışma oranı K a 6,2.10 10 H CN HCN x.x (1 x ) ihmal 5 ( ) x 2,5.10 M HCN nin 25 C de ayrışma oranı x Ayrisma yüzdesi.100 Baslangic derisimi x HCN nin 25 C de ayrışma yüzdesi.100 1 5 2,5.10.100 1 % 2,5.10 3 X değeri aynı zamanda H + derişimi olduğuna göre buradan HCN çözeltisinin ph ı da hesaplanabilir: ph log(2,5.10 5 ) 5 log2,5 5 0,4 4,6 Soru: NH 3 için 25 C de bazlık sabiti 1,8.10 5 olduğuna göre, bu sıcaklıkta 0,01 M NH 3 çözeltisinin, a) Ayrışma oranı? (4,2.10 4 )
b) Ayrışma yüzdesi? (%4,2) c) poh? (log4,2 0,6) (3,4) d) ph? (10,6) KONJUGE ASİTBAZ ÇİFTLERİNDE K a ve K b İLİŞKİSİ HF zayıf asidinin suda çözünme denklemini ve denge bağıntısını yazalım: HF (suda) + H 2O (s) H 3O + (suda) + F (suda) Asit 1 Baz 2 Asit 2 Baz 1 K a HO 3 F HF HF asidinin konjuge bazı olan F iyonu için suda çözünme denklemini yazalım: F (suda) + H 2O (suda) HF (suda) + OH (suda) K b HF OH F HF ve F konjuge asitbaz çiftinin denge sabitlerini çarpalım: K.K a b HO 3 F HF. HF OH F H 3O. OH K.K K a b SU Konjuge asitbaz çiftlerinin K a.k b çarpımı K SU ya eşittir. Bir asidin asitlik kuvveti arttıkça onun konjuge bazının bazlık kuvveti.
Soru 1: HCOOH asidinin 25 C deki K a değeri 1,7.10 4 ise bu asidin eşleniğinin K b değeri kaçtır? (5,9.10 11 ) Soru 2: 25 C de C 6H 5NH 2 için K b 7,4.10 10 olduğuna göre, bu bazın konjuge asidi nedir ve bu asidin K a değeri kaçtır? Soru 3: a) Halojenlerin hidrojenli bileşiklerinin asitlik kuvvetlerini sıralayınız. ( 9F, 17Cl, 35Br, 53I) b) Bu asitlerin konjuge bazlarının bazlık kuvvetlerini sıralayınız. Oksijen asit bileşiklerinde (oksoasitlerde) oksijen sayısı arttıkça asitlik kuvveti artar. Örnek: H 2SO 4 > H 2SO 3 (asitlik kuvveti sıralaması) Oksoasitlerin konjuge bazlarının bazlık kuvvetleri sıralamasında asitlerin asitlik kuvvetleri sıralamasının tersi yapılır. (Asitlik kuvveti büyük olan asidin konjuge bazının bazlık kuvveti küçüktür.) Örnek: H 2SO 4 > H 2SO 3 (asitlik kuvveti sıralaması) HSO 4 < HSO 3 (bazlık kuvveti sıralaması) Farklı elementlerden oluşan asitlerin asitlik kuvvetleri elementlerin elektronegatiflikleri arttıkça artar. Örnek: HCl > HBr > HI (asitlik kuvveti sıralaması) Cl < Br < I (bazlık kuvveti sıralaması)
Soru 4: Aşağıda verilen oksoasitlerin asitlik kuvvetlerini ve bu asitlerin eşlenik bazlarının bazlık kuvvetlerini sıralayınız. a) HClO, HClO 2, HClO 3, HClO 4 b) HClO, HBrO, HIO ( 17Cl, 35Br, 53I) c) H 3PO 3, H 2SO 3, HClO 3 ( 15Br, 16I, 17Cl) KATYON VE ANYONLARIN (asit ve bazların konjuge iyonlarının) ASİTLİĞİ/BAZLIĞI CH 3COONa, asetik asit (CH 3COOH) ve NaOH ın bir tuzudur. CH 3COONa (suda) CH 3COO (suda) + Na + (suda) Zayıf asidin (CH3COOH ın) konjuge bazı CH 3COO : Baziktir, sulu ortamda sudan H + iyonu alarak asidine (CH 3COOH a) dönüşür ve OH iyonu açığa çıkar. CH 3COO + H 2O CH 3COOH + OH Sonuç: CH 3COONa tuzu suda çözündüğünde OH iyonu açığa çıktığına göre, bazik tuzdur. NH 4Cl, NH 3 ve HCl nin bir tuzudur. NH 4Cl (suda) NH 4 + (suda) + Cl (suda) Zayıf bazın (NH3 ün) konjuge asidi NH 4+ : Asidiktir, sulu ortamda suya H + iyonu vererek bazına (NH 3) dönüşür ve H 3O + iyonu açığa çıkar. NH 4 + (suda) + H 2O (s) NH 3(suda) + H 3O + (suda) Sonuç: NH 4Cl tuzu suda çözündüğünde H 3O + iyonu açığa çıktığına göre asidik tuzdur. NOT: Çapı küçük, yükü büyük olan Cu +2, Cr +3, Al +3, Fe +3 gibi metal katyonları da su ile etkileştiğinde H 3O + iyonu oluşur. Bu iyonların tuzları da asidik özellik gösterir. Fe +3 + 2H 2O Fe(OH) +2 + H 3O +
KUVVETLİ ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNDE ph ve poh Kuvvetli asit ve bazlar suda %100 iyonlaşan maddelerdir. Bu yüzden suda çözünme denklemleri tek yönlüdür. Örnek: HCl (suda) + H 2O (s) H 3O + (suda) + Cl (suda) ya da kısaca HCl (suda) H + (suda) + Cl (suda) Başlangıç: 1 M İyonlaşma: 1 M +1 M +1 M Son: 1 M 1 M [H + ] 1 M ph 0 Örnek: NaOH Na + + OH 1 M 1M 1M [OH ] 1 M poh 0 ph 14 Soru 1: 0,01 M HNO 3 çözeltisinin ph ı kaçtır? (2) Soru 2: 0,1 M KOH çözeltisinin ph ı kaçtır? (13) ZAYIF ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNDE ph ve poh Soru 1: HA için K a 0,4.10 8 ise 0,1 M HA çözeltisinin ph? (log2 0,4) (4,6)
Soru 2: NH 2OH için 25 C de K b 1,1.10 8 olduğuna göre, bu sıcaklıkta 0,1M NH 2OH çözeltisinin ph? (log 3,3 0,52) (9,52) NÖTRALLEŞME Nötrallik ve ph Asit ve bazların ph değerleri ph kağıdı ve indikatörler ile belirlenir. İndikatör: Asit ve bazların ph larını belirlemekte kullanılan boyar maddelerdir. En çok kullanılan indikatörler: Turnusol, fenolftalein, bromtimol mavisi, metil kırmızısı, vs Kuvvetli AsitKuvvetli Baz Tepkimelerinde Eşdeğerlik Noktası HCl + NaOH NaCl + H 2O Net Tepkime: H + + OH H 2O n n Es degerlik noktasi H OH ph poh 7 (Eşdeğerlik noktası Nötrleşme anı) Soru 1: 25 C de 2 L 0,1 M NaOH çözeltisini nötrleştirmek için aynı sıcaklıkta 0,05 M HCl çözeltisinden kaç ml kullanmak gerekir?
Soru 2: H 2SO 4 + 2NaOH Na 2SO 4 + 2H 2O tepkimesine göre oda koşullarında 0,2 M 1 L NH 3 çözeltisini nötrleştirmek için en az kaç gram H 2SO 4 kullanmak gerekir? (H: 1, O: 16, S: 32) Kuvvetli AsitZayıf Baz veya Kuvvetli BazZayıf Asit Tepkimelerinde ph Kuvvetli AsitZayıf Baz Tepkimeleri: HCl + NH 3 NH 4Cl tepkimesi sonucunda oluşan tuz/ortam asidik Kuvvetli Zayıf (ph < 7) özellik gösterir. Kuvvetli BazZayıf Asit Tepkimeleri: HF + NaOH NaF + H 2O tepkimesi sonucunda oluşan tuz bazik Zayıf Kuvvetli (ph > 7) özellik gösterir. HİDROLİZ Asidik ve bazik tuzlar suda HİDROLİZ olurlar: NH 4Cl Asidik tuz (HCl (kuvvetli asit) ile NH 3 (zayıf baz) tepkimesinden oluşur.) (Zayıf bazdan gelen iyonu yani katyonu (NH 4+ ) hidroliz olur NH 3 e dönüşür.) NH 4 + + H 2O NH 3 + H 3O + Ortam asidik (ph<7) NaF Bazik tuz (NaOH (kuvvetli baz) ve HF (zayıf asit) tepkimesinden oluşur.) (Zayıf asitten gelen iyonu yani anyonu (F ) hidroliz olur ve HF ye dönüşür.) F + H 2O HF + OH Ortam bazik (ph>7)
Soru: HNO 3, HCl, H 2SO 4: Kuvvetli asit HF, CH 3COOH: Zayıf asit NaOH, KOH: Kuvvetli baz NH 3: Zayıf baz Bilgilerine göre, aşağıda verilen tuzların hidroliz olup olmayacaklarını belirtiniz. a) NH 4NO 3 b) Na 2SO 4 c) CH 3COONa d) KNO 3 e) (NH 4) 2SO 4 f) NaCl g) CH 3COOK h) KCl i) NH 4Cl TAMPON ÇÖZELTİLER Küçük miktarlarda asit ya da bazın eklenmesi ile ph değişimine direnç gösteren ve zayıf konjuge asit ya da baz çiftlerini içeren çözeltilere tampon çözeltiler denir. KISACA: Zayıf asit ve onun konjuge baz anyonunu içeren tuzu ve Zayıf baz ve onun konjuge asit katyonunu içeren tuzu tampon çözelti oluşturur. Örnek tampon çözeltiler HClO 2 / ClO 2 HNO 2 / NO 2 HF / F C 6H 5COOH / C 6H 5COO CH 3COOH / CH 3COO H 2PO 4 / HPO 4 2 NH 3 / NH 4 + HCO 3 / CO 3 2 İnsan midesinin özsuyunun ph ı yaklaşık 1,5 iken kanın ph ı yaklaşık 7,4 düzeyindedir. Kan plazması bileşimindeki HCO 3 iyonları ile H 2CO 3 moleküllerinin birlikte olması nedeniyle bir tampon çözeltidir. Tampon çözeltiler; teşhis, tedavi ve araştırma amaçlı kullanılmaktadır.