TAMPON ÇÖZELTİLER. Prof.Dr.Mustafa DEMİR M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 1

TAMPON ÇÖZELTİLER Prof.Dr.Mustafa DEMİR M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 1

Tampon çözeltiler Kimyada belli ph larda çözelti hazırlamak ve bunu uzun süre kullanmak çok önemlidir. Ancak bu çözeltilerin saklanması hazırlanmasından daha zordur. Bu tür çözeltiler HCl gibi kuvvetli asitlerden veya NaOH gibi kuvvetli bazlardan hazırlandığında havadaki CO 2 ten veya bulundukları cam kaplardan kolaylıkla etkilenerek ph ları değişir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 2

Örneğin çözeltinin hava ile temas etmesiy ile havadaki karbondioksiti soğurur ve ph düşer. Bu çözelti cam kaplarda saklandığında, camın eser halde de olsa çözünmesi ph yükselmesine neden olur. Az miktarda asit veya baz eklenmesinden bile önemli ölçüde etkilenmeyen çözeltilere tampon çözeltiler denir. Tampon çözeltiler, zayıf bir asit veya baz ile bunun tuzundan hazırlanır. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER

Tampon çözelti Tampon çözelti: Konjuge asit-baz çiftinin bulunduğu ve ph değişmelerine karşı direnç gösteren çözeltilere denir. Zayıf bir asit-kuvvetli bir baz veya zayıf bir baz kuvvetli bir asit titrasyonlarında (karışımlarında) konjuge asit/baz çifti içeren tampon çözelti oluşur. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 4

Zayıf bir asit olan asetik asit ve sodyum asetat çözeltileriyle hazırlanmış bir tampon çözelti düşünelim. Buradaki denge ve denge bağıntısı aşağıdaki gibi yazılabilir. Bu bağıntıda da [H yalnız bırakırsak yandaki bağıntı elde edilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 5

CH K COOH [ [ H CH COO [ CH COOH [ [ CH COOH H K x [ CH COO H CH COO M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 6

Bu bağıntı asetik asit çözeltisinde [H derişiminin K sabitine ve ayrışmamış asetik asit derişiminin, çözeltideki toplam asetat iyonu değişimine bağlı olduğunu gösterir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 7

Başlangıçtaki asetik asit ve sodyum asetat derişimlerinin birbirine eşit olduğu (Mesela her ikisinin de 0,1 olduğu) özel bir durumu düşünelim. Bu durumda bağıntıdaki [CH COOH/[CH COO - oranı 1 e eşit olacağından [H derişimi doğrudan olur. [H K M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 8

Dolayısıyla [CH COOH / [CHCOO - oranı 1 den çok farklı olmadığı müddetçe çözeltinin ph ında önemli bir değişiklik olmaz. Çünkü böyle bir çözeltiye az miktarda asit eklenirse, denge sol yöne kayar ve fazla miktardaki asetat iyonları ile hemen asetik asit molekülünü meydana getirir. Bir başka deyişle eklenen asitin etkisi azalır. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 9

Öte yandan aynı çözeltiye hidroksit iyonları eklenirse bu ortamdaki hidrojen iyonlarını nötürleştirir. Ancak denge sağ yana kayar ve aşırı miktarda asetik asit molekülleri hemen iyonlaşarak tekrar hidrojen iyonları meydana getirir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 10

Tampon çözeltiler CH K COOH [ [ H CH COO [ CH COOH [ [ CH COOH H K x [ CH COO H CH COO M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 11

ÖRNEK 1: 0,01 M derişimindeki NaAc çözeltisini ph ı nedir? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 12

ÖRNEK 1: 0,01 M derişimindeki NaAc çözeltisini ph ı nedir?(1/4) Burada şüphesiz sodyum iyonunun ph a bir etkisi yoktur. Asetat iyonu ise asetik asitin bir konjuge bazı olduğundan, sulu çözeltide yandaki şekilde bir dengeye neden olur. Bu dengedeki OH - derişiminin hesaplanabilmesi için K b değerinin bilinmesi gerekir. Oysa tablolarda yalnız asetik asitin iyonlaşmasına ait K a değeri verilmektedir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 1

ÖRNEK 1: 0,01 M derişimindeki NaAc çözeltisini ph ı nedir?(2/4) Ka ve Ksu değerleri ile Kb hesaplanır. K su [H [OH - 1,0x10-14 Eğer K su eşitliği K a eşitliğine bölünürse K b eşitliği elde edilir. O halde genel olarak şu eşitlik yazılabilir. K a xk b K su Problemin ikinci kısmında izlenecek yol öncekinin aynıdır. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 14

ÖRNEK 1: 0,01 M derişimindeki NaAc çözeltisini ph ı nedir?(/4) Ac K K K K K K K a su a a a su su H xk [ H [ Ac [H O [ HAc [ [ H OH [ H [ Ac HAc [OH[HAc [Ac b 2 K HAc OH [OH su - 1,82x10 1,0x10 [ [ HAc OH [ Ac [ [ H OH [ HAc x 1 [ H [ Ac K b 5-14 > > K b K b K K su a 1,0 x10 1,8x10 14 5 5,6x10 10 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 15

ÖRNEK 1: 0,01 M derişimindeki NaAc çözeltisini ph ı nedir?(4/4) Ac - H 2 O HAc OH - Başlangıçta 0,01 0 0 Dengede 0,01 - X x x K b [OH [Ac (X)(X) 0,01 X 5,6x10 10 X 2,4x10-6 [OH - poh -log(2,4x10-6 ) poh 5,62 ph 14,0-5,62 8,8 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 16

Tampon çözeltiler Bilinen tamponların birçokları zayıf asit veya bazların konjuge tuzları ile karıştırılmasıyla elde edilirler. Konjuge tampon çözeltilerde ph, Ka değeri ile asit derişiminin konjuge bazının derişimine oranına eşittir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 17

CH COOH H CH COO [ [ CH COOH H K x a [ CH COO M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 18

Örneğin aşağıdaki bütün tamponların ph ları 4,92 dir. 0,20 M HAc/0, M Ac- 0,10 M HAc/0,15 M Ac- 0,020 M HAc / 0,0 M Ac- vs. Tamponlanmış çözeltinin ph ının tamponun bileşenlerinden bağımsızdır, yalnız oranı önemlidir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 19

Tampon derişiminin etkisi Eklenecek asit veya bazın, tampon tarafından absorplanması sonucu, ph da görülecek değişme tampon bileşenlerinin derişimine bağlıdır. Örneğin 0,20 M HAc / 0, M Ac- şeklinde hazırlanmış ve ph ı 4.92 olan tampon çözeltiye 10 ml 10 M HCl eklediğimizde ph 4,56 olurdu ki 0,6 birimlik değişiklik çoğu kez kabul edilebilir sınırlar içinde olabilir. Ödev: 10 ml 12 M HCl eklendiğindeki ph değerini Bulunuz M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 20

Tampon derişiminin etkisi Ancak biyokimyasal bir ortam söz konusu olduğunda bu fark önemli olabilir. Bu durumda yeni bir tampon çözelti hazırlanması gerekir. Örneğin yukarıdaki tampon çözelti 0,2 M HAc/0, M Acşeklinde değilde 0,8 M HAc/1,2 M Ac- şeklinde hazırlansaydı ve yine 10 ml 10 M HCl eklenseydi, HCl eklenmeden önceki ph 4,917 iken, HCl eklendikten sonraki ph 4,827 olurdu Görüldüğü gibi bu durumda ph daki değişme ancak 0,089 kadardır ki 0,6 farka göre oldukça düşüktür. Ödev: Yukarıdak soruyu 0,6 M HAc/0,9 M Ac- için çözünüz M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 21

Tampon derişiminin etkisi- 10 ml10 M HCl 1litreye seyreltiğende HCl derişeri 0,1 M olacağlaca n, önce 0,2 0, sonra 0,2 0,1 0,- 0,1? [H [H HAc Ac - 5 H 1,2x1 Ka[HAc 1,82x10 (0,) [Ac 0.2-5 2,7x10 ph 4,56-5 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 22

Tampon derişiminin etkisi-4 [H [H başaşlangıa dengede [H [H (eklenmeden önce) 1,21x10 1,82x10 1,2 K a [HAc [Ac Hac 0,8 0, 8 0, 1 1,489x10 (eklendikten sonra) 5-5 -5 (0,8) ph 1,82x0,9 1,1 ph 4,917 Ac - 1, 2 01, 4,827 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 2 H? 1, 2

Tampon derişiminin etkisi-5 Eklenecek asit veya bazın, tampon tarafından absorplanması sonucu, ph da görülecek değişme tampon bileşenlerinin derişimine bağlıdır. Örneğin 0,20 M HAc / 0, M Ac- şeklinde hazırlanmış ve ph ı 4.92 olan tampon çözeltiye 10 ml 10 M HCl eklediğimizde ph 4,56 olurdu ki 0,6 birimlik değişiklik çoğu kez kabul edilebilir sınırlar içinde olabilir. Ancak biyokimyasal bir ortam söz konusu olduğunda bu fark önemli olabilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 24

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 25

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. Saf suyun ilk ph sının 7 olacağı doğaldır. 1 ml 0,1 M HCl in 1000 ml ye eklenmesi demek, yaklaşık 1000 kez seyreltilmesi demektir. Dolayısıyla hidrojen iyonu derişimi 0,00001 M veya ph 4 olur. Yani ph 7 den 4 e iner. Asetik asit tamponunda HCl eklenmeden önceki ph 4,9160 dir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 26

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. HCl eklendikten HAc dengesinde, Le Chatelier ilkesine göre ortalama eklenen H eşitliğinin sola kaymasına yani eklenen H kadar HAc oluşumuna neden olacaktır. HCl, zayıf bir baz (Ac - ) içeren çözeltiye eklendiğine göre, protonun büyük bir kısmı tüketilecek ve denge tekrar kurulacaktır. 1 ml HCl, 10-4 M H verdiğinden ve bu da 1,0x10-4 M Ac - ile tepkimeye girip aynı miktarda HAc oluşumuna neden olacağından, ph4,9156 olur. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 27

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. Görüldüğü gibi aynı miktarda HCl saf suya eklendiğinde ph da birimlik bir azalma olurken (ph 7 den ph 4 e) tamponlanmış çözeltide ancak 0,0004 birimlik bir azalmaya neden olmaktadır ki buna ölçülemeyecek kadar küçük bir değer denilebilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 28

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. K a [H [H ph [Ac [H [HAc K a [HAc [Ac 5 1,8x10 (0,20) 0, - log (1,2x10-5 ) 1,2x10 ph 5 4,9160 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 29

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız. önce HCl ekl.sonra [H [H ph K a [HAc [Ac 0,2 - log (1,21x10 HAc 0,2 1,0x10 5 1,82x10 x0,20001 0,2999-5 ) -4 5 1,21x10 ph Ac - 0, 0, -1,0x10 1,8x10 (0,2 0,0001) 0, 0,0001 5 4,9156-4 H 1,2x10? -5 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 0

ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle ph da görülen değişim ile 0,2 M HAc ve 0, M NaAc içeren tamponlanmış yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle ph da görülecek değişimi karşılaştırınız.(tam) Saf suyun ilk ph sının 7 olacağı doğaldır. 1 ml 0,1 M HCl in 1000 ml ye eklenmesi demek, yaklaşık 1000 kez seyreltilmesi demektir. Dolayısıyla hidrojen iyonu derişimi 0,00001 M veya ph 4 olur. Yani ph 7 den 4 e iner. Asetik asit tamponunda HCl eklenmeden önceki ph 4,9160 dir. HCl eklendikten HAc dengesinde, Le Chatelier ilkesine göre ortalama eklenen H eşitliğinin sola kaymasına yani eklenen H kadar HAc oluşumuna neden olacaktır. HCl, zayıf bir baz (Ac - ) içeren çözeltiye eklendiğine göre, protonun büyük bir kısmı tüketilecek ve denge tekrar kurulacaktır. 1 ml HCl, 10-4 M H verdiğinden ve bu da 1,0x10-4 M Ac - ile tepkimeye girip aynı miktarda HAc oluşumuna neden olacağından, ph4,9156 olur. Görüldüğü gibi aynı miktarda HCl saf suya eklendiğinde ph da birimlik bir azalma olurken (ph 7 den ph 4 e) tamponlanmış çözeltide ancak 0,0004 birimlik bir azalmaya neden olmaktadır ki buna ölçülemeyecek kadar küçük bir değer denilebilir. önce [H [H K [H [H a HCl ekl. sonra [Ac [H [HAc K a [HAc [Ac 1,8x10 (0,20) 0, ph - log (1,2x10 ph - log (1,21x10 HAc 0,2 5 0,2 1,0x10-5 1,2x10 5 ) ph 4,9160 Ac - 0, K a [HAc 1,8x10 (0,2 0,0001) [Ac 0, 0,0001 5 1,82x10 x0,20001 1,21x10 0,2999-5 -4 5 0, -1,0x10 5 ) ph 4,9156-4 H 1,2x10? -5 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 1

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 2

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir? 10 ml 6 M HAc 20 ml 6 M KAc 0 ml çözelti. Toplam hacim 0 ml olduğuna göre HAc 1/ kez, Ac ise 2/ kez seyreltilmiş demektir. O halde HAc ve KAc nin son derişimleri 6x(1/)2 M HAc; 6x(2/) 4 M KAc olur. ph5,041 olarak hesaplanır. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesiyle. HAc ve Ac- 1/10 oranında seyreltilmiş demektir. Yani. [HAc 0,2 M [Ac- 0,4 M olur. ph 5,041 olarak hesaplanır. Görüldüğü gibi ph da bir değişiklik olmamıştır. c) 1 ml 6 M HCl 100 ml ye seyreltilmektedir. O halde son derişimi 100 kez seyrelmiştir. Yani 6/100 0,06 M olmuştur, Öte yandan eklenen HCl, aynı miktarda HAc oluşumunu sağlayacaktır. Bu durumda ph 4,856 olarak hesaplanır M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 4

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir? HAc H Ac - 0,2? 4 [H K a [Ac ph 5,041 [HAc 1,82x10 4 5 (2) 9,1x10 6 [H K a [HAc [Ac 5 1,82x10 0,4 (0,2) [H 9,1x10-6 ph 5,041 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 5

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir? Önce Sonra [H [H K a HAc 0,2 0,2 [HAc [Ac 1,9x10-5 0,06 1,82x10 (0,26) 0,4 ph H 1,82x10-5 5 4,856 Ac - 0,4? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 6

ÖRNEK : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karıştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Bu çözeltinin ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesi sonunda ph ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml sinin 1 ml 6 M HCl ile karıştırılıp 100 ml ye seyreltilmesi sonun da ph nedir?(tam) 10 ml 6 M HAc 20 ml 6 M KAc 0 ml çözelti. Toplam hacim 0 ml olduğuna göre HAc 1/ kez, Ac ise 2/ kez seyreltilmiş demektir. O halde HAc ve KAc nin son derişimleri 6x(1/)2 M HAc; 6x(2/) 4 M KAc olur. ph5,041 olarak hesaplanır. b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesiyle. HAc ve Ac- 1/10 oranında seyreltilmiş demektir. Yani. [HAc 0,2 M [Ac- 0,4 M olur. ph 5,041 olarak hesaplanır. Görüldüğü gibi ph da bir değişiklik olmamıştır. c) 1 ml 6 M HCl 100 ml ye seyreltilmektedir. O halde son derişimi 100 kez seyrelmiştir. Yani 6/100 0,06 M olmuştur, Öte yandan eklenen HCl, aynı miktarda HAc oluşumunu sağlayacaktır. Bu durumda ph 4,856 olarak hesaplanır [H ph 5,041 [H [H HAc H Ac - 0,2? 4 [H [H K a [HAc 1,82x10 [Ac 4 5 5 K a [HAc 1,82x10 (0,2) [Ac 0,4-6 9,1x10 ph 5,041 HAc (2) 9,1x10 Ac - Önce 0,2 0,4 Sonra 0,2 0,06 1,82x10-5? H 5 K a [HAc 1,82x10 (0,26) [Ac 0,4-5 1,9x10 ph 4,856 6 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 7

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 8

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(1/7) a)başlangıçtaki ph ı doğrudan denge sabitinden bulunabilir ve ph 4,799 olarak hesaplanır. b) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 ml eklenirse litresine 0,1 molar asit ekleniyor demektir. Bu asit, eşit miktarda asetat iyonu asetik asite dönüştürecektir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 9

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(2/7) Dolayısıyla (CH COO-) derişimi ise 0,9 M olacaktır. ph 4,6528 olarak hesaplanır Görüldüğü gibi litrelik çözeltiye 0,1 molar asit eklenmesiyle ph ı 0,0871 birim değişmektedir. Oysa aynı miktarda asit saf suya eklenseydi ph 7 den 1 e düşerdi. Yani 6 birimlik bir değişme olurdu. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 40

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(/7) c) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol baz eklendiğine göre litresine 0,1 mol ekleniyor demektir. Bu baz, eşit miktardaki protonla su meydana getirirken, aynı miktarda asit iyonlaşarak tekrar asit ve asetat iyonlarını meydana getirecektir. Dolayısıyla asetik asit miktarı 0,1 mol azalmış, asetat miktarı ise 0,1 mol artmış olacaktır. ph 4,8270 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 41

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(4/7) Burada da ph daki değişim 0,0871 birimdir. Oysa aynı miktardaki baz saf suya eklenseydi ph 7 den e çıkardı. Yani birim olurdu. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 42

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(5/7) CH K a [CH COOH [H [CH COO [CH olduğlduğu [H - H COO COOH CH 1,0 M[CH 1,82x10 COO 1,82x10 COOH -5-5 1,0 M ph 4,799 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 4

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(6/7) önce H K [H [H ekl. sonra [H [CH [CH 1,82x10 2,22x10 CH 1,00 1,1 COO COOH -5-5 x COOH 1.1 0.9 1,82x10 ph 4,6528 H 1,82x10 X 5-5 CH COO 1,0 0,9 - M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 44

ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(7/7) önce OH ekl.sonra K [H [H [H [CH [CH 1,82x10 COOH 1,489x10 CH 1,0 0,9 COO -5-5 x COOH 0,9 1,1 1,82x10 ph H 1,82x10 X 5 4,8270-5 CH 1,0 1,1 COO - M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 45

ÖRNEK : 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) ph ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol HCl eklendiğinde ph ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol NaOH eklendiğinde ph ı ne olur?(tam) a)başlangıçtaki ph ı doğrudan denge sabitinden bulunabilir ve ph 4,799 olarak hesaplanır. b) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 ml eklenirse litresine 0,1 molar asit ekleniyor demektir. Bu asit, eşit miktarda asetat iyonu asetik asite dönüştürecektir. Dolayısıyla (CHCOO-) derişimi ise 0,9 M olacaktır. ph 4,6528 olarak hesaplanır Görüldüğü gibi litrelik çözeltiye 0,1 molar asit eklenmesiyle ph ı 0,0871 birim değişmektedir. Oysa aynı miktarda asit saf suya eklenseydi ph 7 den 1 e düşerdi. Yani 6 birimlik bir değişme olurdu. c) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 mol baz eklendiğine göre litresine 0,1 mol ekleniyor demektir. Bu baz, eşit miktardaki protonla su meydana getirirken, aynı miktarda asit iyonlaşarak tekrar asit ve asetat iyonlarını meydana getirecektir. Dolayısıyla asetik asit miktarı 0,1 mol azalmış, asetat miktarı ise 0,1 mol artmış olacaktır. ph 4,8270 olur Burada da ph daki değişim 0,0871 birimdir. Oysa aynı miktardaki baz saf suya eklenseydi ph 7 den - CH e COOH çıkardı. HYani CHbirim COOolurdu. K a [H [CH COO [CH COOH [CH COO 1,0 M[CH olduğlduğu - [H 1,82x10 1,82x10 COOH 1,0-5 5 M ph 4,799 önce H [H [CH COO K [CH COOH [H [H önce ekl. sonra 1,82x10 2,22x10 OH ekl.sonra [H CH COOH 1,00 1,1-5 -5 1,489x10 x [H [CHCOO K [CH COOH [H 1,82x10 x 1.1 0.9 1,82x10 ph 4,6528 1,0 0,9 0,9 1,1 H 1,82x10 1,82x10 X 5 CH COOH H -5-5 X ph 4,8270 1,82x10 5-5 -5 CH 1,0 COO 0,9 CH 1,0 1,1 - COO - M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 46

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 molnaoheklendiğinde ph değişimi ne olur? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 47

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendiğinde ph değişimi ne olur?(1/4) Çözüm için uygulanacak yol asit örneğindekinin aynısıdır. a) [NH 4 OH [NH 4 0,1 M olduğuna göre [OH - 1,8x10-5 poh 4,79 ph 9,261 b) Çözeltiye 0,1 M asit eklendiğinde aynı miktarda OH - tüketilecek fakat aynı miktarda NH 4 OH de ayrışarak NH 4 ve OH - verecektir. Dolayısıyla [NH 4 OH derişimi 0,9 M, [NH 4 derişimi ise 1,1 M olacaktır. poh 4,827 ph 9,17 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 48

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendiğinde ph değişimi ne olur?(2/4) ph değişimi 0,088 birimdir. c) Çözeltiye 0,1 mol baz eklendiğinde ortamdaki amonyum iyonlarının miktarı ile NH 4 OH oluşumunu sağlayacaktır. Dolayısıyla [NH4OH derişimi 1,1 M [NH 4 derişimi ise 0,9 M olacaktır. [OH - 2,22x10-5 poh 4,65 ph 9,5 ph değişimi yine 0,9 birimdir. Oysa aynı miktarda asit veya baz suya eklenseydi 6 birimlik ph değişimi olurdu. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 49

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendiğinde ph değişimi ne olur?(/4) NH K [NH [OH 4 [NH - OH 4 1,82x10 poh 4 [NH NH [OH OH OH [NH 4 4,79 4-5 4 OH ph - 1,82x10 5 0,1M olduğldu 9,261 göre M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 50

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendiğinde ph değişimi ne olur?(4/4) [OH [OH poh - 1,82x10 1,489x10 4,827 5-5 ph 0,9 x 1,1 9,17 [OH [OH - poh 1,82x10 2,224x10 4,652 5-5 ph x 1,1 0,9 9,48 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 51

ÖRNEK 5: 1,0 M derişimde NH 4 OH ve 1,0 M derişimde NH 4 iyonları içeren bir çözeltinin ph ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendiğinde ph değişimi ne olur?(tam) Çözüm için uygulanacak yol asit örneğindekinin aynısıdır. a) [NH 4 OH [NH 4 0,1 M olduğuna göre [OH - 1,8x10-5 poh 4,79 ph 9,261 b) Çözeltiye 0,1 M asit eklendiğinde aynı miktarda OH - tüketilecek fakat aynı miktarda NH 4 OH de ayrışarak NH 4 ve OH - verecektir. Dolayısıyla [NH 4 OH derişimi 0,9 M, [NH 4 derişimi ise 1,1 M olacaktır. poh 4,827 ph 9,17 ph değişimi 0,088 birimdir. c) Çözeltiye 0,1 mol baz eklendiğinde ortamdaki amonyum iyonlarının miktarı ile NH 4 OH oluşumunu sağlayacaktır. Dolayısıyla [NH4OH derişimi 1,1 M [NH 4 derişimi ise 0,9 M olacaktır. [OH - 2,22x10-5 4,65 ph 9,5 poh ph değişimi yine 0,9 birimdir. Oysa aynı miktarda asit veya baz suya eklenseydi 6 birimlik ph değişimi olurdu. NH OH NH [NH 4 [OH K [NH OH [NH OH [NH [OH 1,82x10 1,82x10 0,1 M olduğldu poh 4,79 ph 9,261 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 52 4-4 [OH [OH 4-4 4-5 OH 1,82x10 [OH 1,489x10 1,82x10 [OH 2,224x10-5 poh 4,827 ph 9,17-5 5 1,1 0,9 poh 4,652 ph 9,48-5 -5 x x 0,9 1,1 göre

Tampon çözeltiler Handerson-Hasselbalch Eşitliği Yukarıda asit veya baz örnekleri ile açıklamaya çalıştığımız çözeltileri daha genel ifadelerle tanımlamak mümkündür. Örneğin tampon çözeltinin HA gibi zayıf bir asitten hazırladığını düşünelim. Bu asit ile ilgili iyonlaşma dengesi ve denge bağıntısından bağıntı türetilebilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 5

HA H A - - - > K [ H [ A [ HA [ H K [ HA [ A > -log[h - log K [ HA [ A - log[h - (log K log [ HA ) [ A > -log[h - log K - log [ HA [ A ph pk - log [ HA [ A M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 54

Tampon çözeltilerin ph larının hesaplanmasında oldukça faydalı olan bu bağıntıyı sözlü olarak şu şekilde tanımlayabiliriz. Bir zayıf asit ile onun tuzundan meydana gelen bir tampon çözeltinin ph ısı, asitin denge sabitinin eksi logaritmasından asitin molar derişiminin tuzun molar derişimine oranının logaritmasının çıkarılmasıyla bulunur. Yukarıdaki bağıntıyı daha genel bir ifade ile de yazılabilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 55

Handerson-Hasselbach Eşitliği HA H A K a [ H [ A [ HA [ HA [ H K a [ A log[ H log K [ HA a [ A M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 56

log[ H log[ H ph log K a [ HA log [ A ( ) log K log[ HA [ A log K log[ HA log[ A a a ph pk log[ A a log[ HA M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 57

Handerson-Hasselbalch Eşitliği ph pk a [ A log [ HA M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 58

Handerson-Hasselbalch Eşitliği ph pk - log [Asit [Tuz M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 59

Tampon çözeltilerin etkin olabilmesi için molekül halindeki bileşen ile (asit veya baz) iyonik bileşenin (tuzun) 10/1 ile 1/10 aralığında olmalıdır. Bu değerler yerine konursa, genel bir bağıntı elde edilir. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 60

1 ph pk - log pk 1 10 10 ph pk - log pk 1 1 ph pk a ± 1 poh pkb ± 1 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 61

ÖRNEK 6: PH 4,5 olan bir asetik asit sodyum asetat tampon çözeltisini hazırlamak için [HAc ve [Ac - derişimleri ne olmalıdır? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 62

K ÖRNEK 6: PH 4,5 olan bir asetik asit sodyum asetat tampon çözeltisini hazırlamak için [HAc ve [Ac - derişimleri ne olmalıdır? -5 ph HAc 4,5 [H H [H [Ac [HAc [Ac [HAc Ac 1,8x1,16x10,16x10-1,8x10 5 5 5 0,575 M O halde [Ac-/[HAc oranını 0,575 verecek herhangi bir karışımın ph ı 4,5 olacaktır. Örneğin [HAc 0,575 M ve [Ac - 1 M veya [Ac - 1,15 M ve [HAc 2 M veya [Ac - 0,2875 M ve [HAc 0,5 M birer çözümdür. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 6

Örnek:7 0,4 M formik asit ve 0,1 M sodyum formiyat içeren çözeltinin ph değeri nedir? M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 64

Örnek:7 0,4 M formik asit ve 0,1 M sodyum formiyat içeren çözeltinin ph değeri nedir? Baslang HCOOH H 2O HO 0,4 0 0,4 - X X HCOO 1,0 1,0 X Ka [ H O [ HCOO 4 [ HCOOH 1,8 10 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 65

M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 66

i. Yaklast. kontrol [ HCOO 1,0 7,2 10 X [ HCOO 5 1,0 1,0 Dogru ii.[ HCOOH X [ HCOOH 0,4 0,4 7,2 10 5 0,4 Dogru M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 67

ÖRNEK 8 0,20 M NH ve 0,0 M NH 4 Cl içeren bir çözeltinin 400 ml sine; a. 100 ml 0,05 M NaOH eklendiğinde, b. 100 ml 0,05 M HCl eklendiğinde, ph ne olur?, K a 5,7x10-10 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 68

Çözüm a) NH çözeltisine NaOH eklendiğinde NH 4 OH NH H 2O gereğince bir kısmı NH e dönüşür. 100 ml NaOH eklendiğinde ortamdaki toplam NH derişimi venh 4 Cl derişimi; M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 69

400 0,2 100 0,05 C 0, 17 M NH 400 100 400 0, 100 0,05 C NH 0, 2M 400 100 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 70

NH 4 iyonl.dengesi, 4 NH H 2O NH H O Ka [ NH [ H O 10 5,7 10 [ NH 4 [ H O K a [ NH [ NH 4 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 71

yukardaki [ H degerler yerine konursa, 5,70 10 10 O [ H O 7,71 10 ph 9,11 ph değişimi ph ph 0,04 10 9,07 0,20 0,170 den 9,11' e M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 72

b)100 ml HCl eklendiginde NH H O NH 4 H 2O 400 0,2 100 0,05 C NH 0, 15 M 400 100 400 0, 100 0,05 C NH 0, 25 M 4 400 100 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 7

[ H O K a [ NH [ NH 4 5,70 10 10 0,250 0,150 [ H O 9,50 10 ph 9,02 10 ph 9,07 9,02 0,05 ph 0,05 M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 74

Tampon Kapasitesi Bir çözeltinin tampon kapasitesi bu çözeltinin 1,00 litresine eklendiğinde ph değerini 1,0 birim değiştiren kuvvetli asit veya kuvvetli bazın mol sayısı olarak tanımlanır. Asitin derişiminin konjuge bazın derişimine oranı 1 den büyük veya küçük değerlere gittikçe tampon kapasitesindeki düşme artar. Kullanılabilir bir kapasiteye sahip bir tamponun ph ı hazırlandığı asitin pk a değerinin ±1 kadar civarıdır. M.DEMİR 09-TAMPON ÇÖZELTİLER 75