Sulu Çözeltiler ve Kimyasal Denge 4-5 HAFTA Sulu Çözeltiler ve Kimyasal Denge Sulu Çözeltilerin Kimyasal Bileşimi Kimyasal Denge Kompleks İyonların Basamak ve Toplu Oluşum Sabitleri Sulu Çözeltilerde Denge Sabiti İfadesinde [H2O] Niçin Bulunmaz? Konjüge Asit/Baz Çiftlerinin Bağıl Kuvvetleri Tampon Çözeltiler Henderson – Hasselbalch Eşitliği

Sulu Çözeltilerin Kimyasal Bileşimi Su, yeryüzünde çok bulunan, kolayca saflaştırılabilen ve zehirli olmayan bir çözücüdür.

Asitler ve Bazlar BrØnsted-Lowry teorisine göre; Asit, proton veren, baz ise proton alan maddedir.  Bir asit, ancak ortamda bir proton alıcısı (bir baz) olduğu zaman proton verir.  Bir baz, ancak ortamda bir proton vericisi (bir asit) olduğu zaman proton alır. Tuz, bir asit ile bir bazın reaksiyona girmesi sonucunda oluşur. NaCl, Na2SO4 ve NaOOCCH3 (sodyum asetat)

KONJÜGE ASİTLER VE BAZLAR   Konjüge baz, bir asitin proton vermesi ile oluşan türdür. asit1  baz1 + proton (H+) Asetat iyonu asetik asitin konjüge bazıdır. CH3COOH   CH3COO- + H+ Konjüge asit, bir bazın proton alması ile oluşan türdür. baz2 + proton (H+)  asit2 Amonyum iyonu da amonyak’ın konjüge asitidir.  NH3 + H+   NH4+ Bu iki eşitlik birleştirildiği zaman elde edilen eşitlik asit/baz veya nötralleşme reaksiyonudur. asit1 + baz2  baz1 + asit2 (asit-baz veya nötralleşme reaksiyonu) Bir madde ancak bir bazın bulunduğu ortamda asit; bir asitin bulunduğu ortamda ise baz gibi davranır.

Amfiprotik çözücüler, bazik maddelerin varlığında asit; asidik maddelerin varlığında ise baz özelliği gösterirler. Su, metanol, etanol, susuz asetik asit gibi.   NH3 + H2O  NH4+ + OH- baz1 asit2 konjüge asit1 konjüge baz2   H2O + HNO2  H3O+ + NO2- baz1 asit2 konjüge asit1 konjüge baz2

Otoprotoliz Otoprotoliz, aynı zamanda otoiyonlaşma olarak da bilinir ve bir maddenin moleküllerinin kendiliğinden reaksiyona girerek bir çift iyon oluşturmasını ifade eder. Baz1 asit2  asit1 baz2 H2O + H2O  H3O+ + OH- CH3OH + CH3OH  CH3OH2+ + CH3O- NH3 + NH3  NH4+ + NH2-

Asitlerin ve Bazların Kuvvetleri Asit1 Baz2  asit2 baz1 HClO4 + H2O  H3O+ ClO4- HCl Cl- H3PO4  H2PO4- CH3COOH CH3COO- NH4+ NH3 En zayıf Asit En kuvvetli baz

 Farklılandırıcı çözücüde, çeşitli asitler farklı derecelerde iyonlaşırlar ve farklı kuvvete sahiptirler.   CH3COOH + HClO4  CH3COOH2+ + ClO4- baz1 asit2 asit1 baz2   Seviyeleme çözücüsünde ise, asitler tamamen iyonlaştığı için kuvvetleri arasında fark gözlenmez olur.

Çok kullanılan kuvvetli bazlar arasında NaOH, KOH, Ba(OH)2 ve kuvaterner amonyum hidroksit (R4NOH) sayılabilir.

Çok kullanılan kuvvetli asitler HCl, HClO4, HNO3 ve H2SO4 deki ilk proton, HBr, HI ve organik sülfonik asitler (RSO3H)’ dir.  

Kimyasal Denge Analitik Kimyada kullanılan reaksiyonlarda, reaktiflerin ve ürünlerin konsantrasyon oranlarının sabit kaldığı bir kimyasal denge durumuna ulaşılır. Denge sabiti ifadeleri, denge durumunda reaktifler ile ürünlerin konsantrasyonları arasındaki cebirsel ilişkiyi gösterir.

Denge Sabiti İfadeleri Denge durumundaki reaktifler ile ürünler arasındaki ilişkiyi veren ifadeye Denge Sabiti denir.  

Burada köşeli parantezler içindeki terimler w W + x X  y Y + z Z Denge Sabiti Burada köşeli parantezler içindeki terimler    Tür çözünmüş bir tür ise, molar konsantrasyon cinsinde yazılır. Tür gaz ise, atmosfer cinsinden kısmı basınçlar olarak yazılır.

w W + x X  y Y + z Z Z türü, ortamda fazla miktarda bulunan saf bir sıvı, saf bir katı veya çözücü ise, eşitlikte gösterilmez Denge sabiti ifadesinde saf sıvı ve saf katıların gösterilmeyişinin sebebi, saf sıvı ve saf katıların aktivitelerinin 1 olarak tanımlanmasıdır.

w W + x X  y Y + z Z Stokiyometrik denge sabiti: Termodinamik denge sabiti: K denge sabitidir ve sıcaklığa bağlıdır.

Suyun İyonlar Çarpımı Sabitinin Uygulaması 2H2O  H3O+ + OH-

Çözünürlük Çarpımı Sabitlerinin Uygulaması, Kçç Çok çözünen tuzların hemen hepsi, doymuş sulu çözeltilerde tamamen iyonlaşır. Ba(IO3)2(k)  Ba2+(suda) + 2IO3-(suda)   K x [Ba(IO3)2(k)] = Kçç=[Ba2+][IO3-]2 Burada elde edilen yeni sabit, çözünürlük sabiti veya çözünürlük çarpımı adını alır.

Bir Çökeleğin Saf Sudaki Çözünürlüğü Ba(IO3)2(k)  Ba2+ (suda) + 2 IO3-(suda) Kçç=[Ba2+] [IO3-]2

Bir Çökeleğin Çözünürlüğüne Ortak İyon Etkisi Ortak iyon etkisi, Le Chatelier prensibinden tahmin edilen bir kütle aktif etkisidir.

Asit ve Baz İyonlaşma Sabitlerinin Uygulamaları Zayıf bir asit veya zayıf baz, suda çözündüğü zaman kısmen iyonlaşır. HNO2 + H2O  H3O+ + NO2- Burada Ka, nitröz asit için iyonlaşma sabiti adını alır. Benzer şekilde, amonyak için baz iyonlaşma sabiti ise şöyledir: NH3 + H2O  NH4+ + OH- Burada Kb, amonyak bazının iyonlaşma sabiti adını alır.

Bu eşitlik, bütün konjüge asit/baz çiftleri için geçerlidir. Konjüge Asit/Baz Çiftleri İçin İyonlaşma Sabitleri  NH3 + H2O  NH4+ + OH- NH4++ H2O  NH3 + H3O+ hidroliz Bu eşitlik, bütün konjüge asit/baz çiftleri için geçerlidir.

Bir bazın iyonlaşma sabitini bulmak için, bu bazın konjüge asitine ait asit iyonlaşma sabiti bulunur ve 1,00x10-14 bu değere bölünür. NH4++ H2O  NH3 + H3O+  NH3 + H2O  NH4+ + OH-

Konjüge Asit/Baz Çiftlerinin Bağıl Kuvvetleri Bir konjüge asit/baz çiftinin asit formunun kuvveti azaldıkça, baz formunun kuvveti artar. Doğal olarak bunun tersinin de doğru olacağı açıktır. Bu nedenle, asit-iyonlaşma sabiti 10-2 olan bir asitin konjüge bazının baz-iyonlaşma sabiti 10-12 dir. Ka.Kb= 1,00 x10-14 10-2. 10-12 = 1,00 x10-14

Zayıf Asit Çözeltilerinde Hidronyum İyonu Derişimi Bir HA zayıf asiti suda çözündüğü zaman, hidronyum iyonu veren iki denge meydana gelir HA + H2O  H3O+ + A- 2H2O  H3O+ + OH- [H3O+] Toplam= [H3O+]Asit+ [H3O+]Suyun iyonlaşması [H3O+] Toplam =[A-] + [OH-] ihmal CHA= [A-]+ [HA] CHA= [H3O+] + [HA] [HA] = CHA - [H3O+] [H3O+]  [A-]

[H3O+]2 + Ka [H3O+] – KaCHA= 0 [H3O+]2 + Ka [H3O+] – KaCHA= 0 x2 +ax-ab=0 [H3O+]2 + Ka [H3O+] – KaCHA= 0 ihmal [H3O+]2 – KaCHA= 0 [H3O+]2 = KaCHA

Zayıf Baz Çözeltilerinde Hidronyum İyonu Derişimi   NH3 + H2O  NH4+ + OH-

Zayıf bir asit, kuvvetli bir baz ile veya 9C TAMPON ÇÖZELTİLER Zayıf bir asit, kuvvetli bir baz ile veya zayıf bir baz kuvvetli bir asit ile titre edildiği zaman, konjüge asit/baz içeren bir tampon çözelti oluşur. Tampon çözelti, konjüge asit/baz çiftinin bulunduğu ve pH değişimlerine karşı direnç gösteren çözelti olarak tarif edilir. Kimyacılar, bir çözeltinin pH’sını belirli bir seviyede ve sabit olarak tutma ihtiyacını duydukları zaman, tampon çözelti kullanırlar.

Tampon Çözeltilerin pH’sının Hesaplanması Zayıf asit/ Konjüge Baz Tamponları Bir HA zayıf asiti ve bunun konjüge bazı olan A- türünü, içeren bir çözelti, aşağıdaki yarışmalı iki dengenin durumuna bağlı olarak asidik, nötral veya bazik olabilir: HA + H2O  H3O+ + A- Çözelti asidik olur A- + H2O  OH- + HA Çözelti bazik olur

Tampon çözeltiler 2 çeşittir, Asidik tampon çözeltiler; Zayıf bir asit, konjüge çiftini içeren tuz (Zayıf bir asitkuvvetli baz) CH3COOH / NaCH3COO Bazik tampon çözeltiler; Zayıf bir baz, konjüge çiftini içeren tuz (Zayıf bir bazkuvvetli asit) , NH3 / NH4Cl

Zayıf asit/ Konjüge Baz Tamponları CH3COOH / NaCH3COO HA + H2O  H3O+ + A- A- + H2O  OH- + HA

Bir zayıf baz ve bunun konjüge asiti olan bir çözeltiden hazırlanır Zayıf Baz/ Konjüge Asit Tamponları NH3 / NH4Cl Bir zayıf baz ve bunun konjüge asiti olan bir çözeltiden hazırlanır NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ NH3 + H2O  NH4+ + OH-