2. BÖLÜM ASİTLERİN VE BAZLARIN TEPKİMELERİ Asitler ve bazlar kimyasal özellikleri ve tepkimeleri bakımından çok önemli maddeler olup oldukça sık kullanılırlar. Bu bölümde asitler ve bazlar arasındaki tepkimeleri; nötralleşme tepkimeleri, asitlerin meleri ve bazların tepkimeleri olarak üç grupta tepkiinceleyeceğiz. 2.1 Nötralleşme Tepkimeleri Cevaplayalım Eşek arısının insanı sokması sırasında verdiği salgı baziktir. Eşek arısı sokmalarında duyulan acı nasıl dindirilir? Faydalı Bilgi Nötrleşme olayının tamamlandığının anlaşılabilmesi için nötr ortamda rengi asidik ya da bazik ortamdaki renginden farklı olan maddeler yani indikatörler kullanılır. Uyarı Kalsiyum sülfat (Ca ) suda az çözünen bir katıdır. Günlük yaşantımızda asitlerin ve bazların birbirinin etkisini ortadan kaldırdığı nötralleşme tepkimeleri ile karşılaşmaktayız. Örneğin mide asitleri fazla salgılandığında midemizde yanma ve ekşime olur. Mide yanmasını gidermek için kullanılan ilaçlar mide asidinin etkisini ortadan kaldırmaya yarayan baz içerir. Arı sokmalarında acının dindirilmesi de nötralleşme tepkimeleri sayesinde olur. Bal arısının insanı sokması sırasında verdiği salgı asidik olup hissedilen acı bazik olan sodyum bikarbonat ya da amonyak ile dindirilebilir. Bir asit çözeltisine azar azar baz çözeltisi eklendiğinde asitlik özelliği yavaş yavaş kaybolur. Öyle bir an gelirki + iyonu mol sayısı O iyonu mol sayısına eşit olur. n + = n O Nötralleşme tepkimeleri olarak adlandırılan bu tür tepkimelerde tam nötürleşme anını belirlemek için nötürleşme anında renk değiştiren bir indikatör kullanılır. Bu işleme titrasyon denir. Titrasyon genellikle çözeltilerin derişimlerini bulmak için yapılır. Nötralleşme tepkimesi sonucunda genellikle bir tuz ve su oluşur. Asit + Baz ~ Tuz + Su Örneğin yaygın bir asit olan sülfürik asit ile bir baz olan kireç suyunun etkileşiminden bir tuz olan kalsiyum sülfat ve su oluşur. 2 (suda) + Ca(O) 2 (suda) ~ Ca (k) + 2 2 O(s) Yukarıdaki tepkimede görüleceği gibi 2 ve Ca(O) 2 suda çözünmüş durumdadır. 2 bileşiği suda çözündüğünde + ve 2 iyonlarına ayrışır. Ca(O) 2 bileşiği ise suda çözündüğünde Ca 2+ ve O- iyonlarına ayrışır. Ca 2+ ve SO 2 4 iyonlarının birleşmesiyle suda çözünmeyen Ca bileşiği oluşturur. Asitten gelen hidrojen iyonu ile bazdan gelen hidroksit iyonunun birleşmesiyle de su oluşur. + (suda) + O (suda) 2 O (s) Görüldüğü gibi asitler ve bazlar arasındaki tepkimelerde her hidrojen iyonu ile bir hidroksit iyonu birleşmektedir. Bütün asitler veya bazlar aynı kuvvette midir? Maddelerin asitlik veya bazlık derecesini nasıl anlayabiliriz? Maddelerin asitlik ve bazlık derecesini ya da nötr olduğunu p ölçme birimi kullanarak anlayabiliriz. 20
p ın açılımı Power of ydrogen dir (idrojenin Gücü). Canlı organizmalarda ya da bir bilimsel araştırmada hidrojen iyonu ( + ) derişimindeki çok ufak değişikler çok önemli sonuçlar ortaya çıkarabilir. Bundan dolayı, bilim insanları sürekli olarak hidrojen iyonu derişimi ile ilgilenmişler ve bunu ölçme teknikleri geliştirmişlerdir. Danimarkalı kimyacı Sorensen (Souransın) 1909 yılında hidrojen iyonu derişimini ölçmek için p skalası denen bir yöntem geliştirmiştir. Bir çözeltinin p değeri 25 C ta 0 ile 14 arasında değerler alır (Şekil 1.5). Bir maddenin p değeri 7 ise o madde nötrdür. Nötr bir maddede + iyonları sayısı O iyonları sayısına eşittir. Saf su nötr olup p değeri 7 dir. Bir çözeltinin p değeri 7 den küçük ise asidiktir. Asit çözeltisinde + iyonları sayısı O iyonları sayısından fazladır. Asitler, sulu çözeltilerine kattıkları + iyonu miktarı arttıkça kuvvetlenirler. 7 den 0 a doğru gidildikçe + iyonu miktarı, dolayısıyla da asitlik değeri artar. Çözeltinin p değeri 0 olduğunda en kuvvetli asittir. Bir çözeltinin p değeri 7 den büyük ise baziktir. Baz çözeltisinde O iyonları sayısı + iyonları sayısından fazladır. Bazlar, sulu çözeltilerine kattıkları O iyonu miktarı arttıkça kuvvetlenirler. 7 den 14 e doğru gidildikçe O iyonu miktarı, dolayısıyla da bazlık değeri artar. Çözeltinin p değeri 14 olduğunda en kuvvetli bazdır. Günlük hayatta karşılaştığımız asitlerin ve bazların p skalasındaki yerleri Şekil 1.6 da verilmiştir. [ + ] > [O ] [O 7 ] > [ + ] O Asitler Bazlar Şekil 1.5: p skalası Alıştırma 14 0,8 mol NaO içeren 100 ml çözeltiyi nötrleştirmek için kaç mol 2 kullanılmalıdır? Limon Cl Domates Süt Yumurta El sabunu Çamaşır suyu Akü Sirke Yağmur suyu Saf su Karbonat Magnezyum sütü Amonyak NaO Asidik Nötr Bazik Şekil 1.6: Günlük hayatta karşılaşılan bazı maddelerin p skalasındaki yeri Bir çözeltinin p değerini ölçmek için indikatör karışımından oluşan p kâğıdı (Resim 1.11) kullanabiliriz. İndikatör farklı p değerlerinde farklı renkler verir. Çözeltinin p değerini belirlemek için p kâğıdı çözeltiye daldırılır ve oluşan renk ile p kâğıt kutusunda bulunan renk skalası karşılaştırılarak tam eşleşmenin olduğu nokta bulunur. Resim 1.11: p kâğıdı 21
2. Etkinlik Nötralleşme Tepkimesi Amaç: Asit ve bazın birbirine etkisini görme Araç ve Gereçler 1. Büret (100 ml lik) 2. Erlenmayer (250 ml lik) 3. Fenolftaleyn indikatörü 4. Cl çözeltisi 5. NaO çözeltisi 6. p kâğıdı 7. uni Etkinliğin Yapılışı 1. 250 ml lik erlenmayere 50 ml Cl çözeltisi koyarak üzerine 2-3 damla fenolftaleyn ekleyelim. 2. NaO çözeltisini bürete bir huni yardımıyla dikkatlice dolduralım. 3. Sol elimizle büretin musluğunu açarak bazın (NaO) yavaş yavaş erlenmayerdeki asit (Cl) çözeltisine damlamasını sağlayalım. Sağ elimizle de erlenmayeri hafifçe çalkalayalım. Sabit pembe renk oluşuncaya kadar damla damla NaO çözeltisi ilavesine devam edelim. 4. Ortamın asit veya bazlığını p kâğıdı ile kontrol edelim. Sonuçları Değerlendirelim 1. Bu etkinlikte fenoftaleynin kullanılma amacı nedir? 2. Asit çözeltisi üzerine baz çözeltisinin damla damla ilave edilmesinin nedeni nedir? 3. Bu etkinlikte asit ve baz arasında tepkime oluştuğunu nasıl anladınız? 4. Asit ve baz arasında oluşan tepkime denklemini yazınız. 2.2 Asitlerin Tepkimeleri 22 + + + 2+ 2+ + Şekil 1.7: Magnezyum ve hidroklorik asit arasındaki tepkimenin moleküler düzeyde gösterimi Asitler metaller ile tepkimeye girer. Metaller tepkimeye girme isteklerine göre aktif metaller, yarı soy metaller ve soy metaller olarak gruplandırılır. Aktif metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri çok fazladır. Asitler ile tepkimeye girerek tepkime sonunda hidrojen gazı açığa çıkmasına neden olurlar. Bu tepkimeyi alkali ve toprak alkali metallerin tümü ile Fe, Zn ve Al gibi soy olmayan metaller verir. Metal + Asit ~ Tuz + idrojen gazı Örneğin aktif bir metal olan magnezyum ile hidroklorik asidin tepkimesi sonucunda hidrojen gazı açığa çıkar. Bu tepkimenin tanecik modeli ile gösterimi Şekil 1.7 de verilmiştir. (k) + 2Cl(suda) ~ Cl 2 (suda) + 2 (g) Yarı soy metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri azdır. Cu, g ve Ag gibi yarı soy metallere yapısında oksijen bulunmayan Cl, Br gibi asitler etki etmez. Bu metallere NO 3 ve 2 gibi kuvvetli asitlerlerin etki etmesi sonucunda NO, NO 2 ve SO 2 gazları oluşur.
Soy metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri çok azdır. Altın (Au) ve platin (Pt) gibi soy metallere asitlerin hiçbiri yalnız başına etki edemez. Bu soy metaller hemen hemen bütün metallere etki eden kral suyu ile tepkimeye girerler. Al, Zn, Cr, Sn, Pb gibi metaller hem asitler hem de bazlarla tepkimeye girerler. Bu metallere amfoter metaller adı verilir. Amfoter, Yunanca amphos kelimesinden gelmektedir ve her ikisi de anlamındadır. Amfoter metallerin asitler ile tepkimesi sonucunda tuz ve hidrojen gazı oluşur. 2Al(k) + 6Cl(suda) 2AlCl 3 (suda) + 3 2 (g) Asitler karbonatlar ve bikarbonatlar ile tepkimeye girer. Asitlerin karbonatlar ve bikarbonatlar ile tepkimeleri sonucunda karbondioksit gazı açığa çıkar. idroklorik asit ile kalsiyum karbonatın tepkimesi buna örnek verilebilir CaCO 3 (k) + 2Cl(suda) ~ CaCl 2 (suda) + CO 2 (g) + 2 O(s) Bu tepkimede karbondioksit gazının açığa çıktığını anlamak için tepkime sonunda açığa çıkan gaz kireç suyuna gönderilir. Karbondioksit gazı kireç suyunu bulandırır. Kireç suyunun bulanması ile karbondioksit gazının varlığı anlaşılır (Şekil 1.8). Benzer şekilde bikarbonatlar da asitlerle tepkimeye girer ve tepkime sonucunda karbondioksit gazı açığa çıkar. Sodyum bikarbonatın hidroklorik asit ile olan tepkimesi buna örnek verilebilir. NaCO 3 (k) + Cl(suda) ~ NaCl(suda) + CO 2 (g) + 2 O(s) Asitler metal oksitleri ve amfoter metal oksitleri ile tepkimeye girer. Metallerin oksitleri asitlerle tepkimeye girerler ve tepkime sonucunda tuz ve su oluştururlar. Kalsiyum oksidin sülfürik asit ile olan tepkimesi buna örnek verilebilir. CaO(k) + 2 (suda) ~ Ca (k) + 2 O(s) Yukarıdaki tepkime sonucunda oluşan kalsiyum sülfat bir tuzdur. Amfoter metallerin oksit bileşikleri de amfoter özellik gösterir ve hem asitler hem de bazlarla tepkimeye girer. Amfoter metal oksitlerinin asitler ile tepkimesi sonucunda da tuz ve su oluşur. Al 2 O 3 (k) + 6Cl(suda) 2AlCl 3 (suda) + 3 2 O(s) idroflorik asit cam ve porselen ile tepkimeye girer. Cam ile kimyasal tepkimeye giren tek asit hidroflorik asittir. idroflorik asit (F) cam işleme sanayisinde kullanılır. Cam yüzeyinde aşındırma meydana getirerek dekoratif görüntü oluşumunu sağlar (Resim 1.12). Camın yapısında silisyum dioksit (SiO 2 ) olduğundan cam ile hidroflorik asit arasındaki tepkime denklemi aşağıdaki gibidir: SiO 2 (k) + 4F(suda) ~ 2 2 O(s) + SiF 4 (g) Ayrıca hidroflorik asit porselen tamirinde kullanılır. idroflorik asit porselen ile kimyasal tepkimeye girer ve porseleni aşındırır. Porselen dişlerin tamirinde porselen yüzeyin pürüzlendirilmesi işleminde kullanılan porselen asidi %10 luk hidroflorik asit çözeltisidir. Faydalı Bilgi Kral suyu, soy metallerle tepkimeye girebilen kuvvetli bir asit çözeltisidir. idroklorik asit ve nitrik asidin 3:1 oranında karıştırılmasıyla oluşur. Asit Kalsiyum karbonat kireç suyu bulanır CO 2 gazı Şekil 1.8: Kalsiyum karbonatın hidroklorik asit ile tepkimesi atırlayalım Metallerin oksijen ile oluşturduğu bileşikler genel olarak metal oksitleri olarak adlandırılır. Resim 1.12: idroflorik asitle aşındırılmış cam 23
2.3 Bazların Tepkimeleri Uyarı Asitlerin ve bazların kuvvetli ya da zayıf olması tepkimenin hızını etkiler. Kuvvetli asitler ya da bazlar kullanıldığında tepkimeler hızlı gerçekleşirken zayıf asitler ya da bazlar kullanıldığında tepkimeler yavaş olur. Alıştırma Aşağıdaki tepkimelerden hangilerinde hidrojen gazı açığa çıkmaz? I) Na(k) + NO 3 (suda) ~ II) Cu(k) + 2 (suda) ~ III) Al(k) + KO (suda) ~ IV) CO 3 (k) + Cl (suda) ~ Bazlar amfoter metaller ile tepkimeye girer. Genelde metaller bazlarla tepkime vermezler. Ancak amfoter metal olarak bilinen Al, Zn, Sn, Pb, Cr gibi metaller derişik kuvvetli baz çözeltileriyle tepkime verirler. Tepkime sonucunda hidrojen gazı açığa çıkar. Amfoter metal + Baz ~ Tuz + idrojen gazı 2Al(k) + 6NaO(suda) ~ 2Na 3 AlO 3 (suda) + 3 2 (g) Bazlar amfoter metal oksitleri ile tepkimeye girer. Amfoter metal oksitlerinin kuvvetli bazların derişik çözeltileri ile tepkimesinden tuz ve su oluşur. Al 2 O 3 (k) + 6NaO(suda) ~ 2Na 3 AlO 3 (suda) + 3 2 O(s) ÖRNEK: Aşağıdaki metallerden hangisi/hangileri NO 3 çözeltisi içerisinde çözünmez? I) Al II) K III) Cu IV) Au V) ÇÖZÜM: Aktif metaller, amfoter metaller ve yarı soy metaller NO 3 asidi ile tepkimeye girer. Ancak soy metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri çok azdır, asitlerin hiçbiri ile yalnız başına tepkimeye girmez. Buna göre K ve aktif metal, Al amfoter metal, Cu yarı soy metal olduğundan NO 3 çözeltisi içerisinde çözünür. Ancak Au soy metal olduğundan bu çözelti içerisinde çözünmez. 3. Etkinlik Asitlerin ve Bazların Tepkimeleri Amaç: Asitlerin ve bazların metaller ile tepkimelerini inceleme Araç ve Gereçler 1. Sodyum hidroksit (NaO) çözeltisi 2. idroklorik asit (Cl) çözeltisi 3. 4 adet erlenmayer (250 ml lik) 4. Magnezyum şerit 5. Çinko parçaları 6. Turnusol kâğıdı Etkinliğin Yapılışı 1. Erlenmayerleri 1 den 4 e kadar numaralandıralım. 1 ve 2 numaralı erlenmayere 50 ml NaO çözeltisi, 3 ve 4 numaralı erlenmayere 50 ml Cl çözeltisi koyalım. 2. Ortamın asit veya bazlığını turnusol kâğıdı ile kontrol edelim. 3. 1 ve 3 numaralı erlenmayerin içine 1 cm uzunluğunda magnezyum şerit, 2 ve 4 numaralı erlenmayerlerin içine çinko parçası atalım. Sonuçları Değerlendirelim 1. Bu etkinlikte hangi erlenmayerlerde kimyasal tepkime gerçekleşti? Bu sonuca nasıl vardınız? 2. Asidik ve bazik ortamlarda gerçekleşen kimyasal tepkimelerin denklemlerini yazınız. 3. angi metaller asitlerle tepkimeye girdi? angi metaller bazlar ile tepkimeye girdi? Neden? 24