Bölüm 5: Sulu Çözelti Tepkimelerine Giriş Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci • Harwood • Herring 8. Baskı Bölüm 5: Sulu Çözelti Tepkimelerine Giriş Iron rusts Natural gas burns Represent chemical reactions by chemical equations. Relationship between reactants and products is STOICHIOMETRY Many reactions occur in solution-concentration uses the mole concept to describe solutions

Sulu Çözeltileri Doğası Çözünen madde parçacıkları moleküller veya iyonlar halinde çözücü moleküller arasında rastgele dağılmış ve sayıca daha azdır.

Sulu Çözeltilerin Doğası (a)Su molekülleri sıvı su ortamında sıkışık düzen içindedir (b)Suda çözünen oksijen molekülleri birbirinden uzakta ve su molekülleri tarafından ayrı tutulmaktadır Suyun ve Sulu Çözeltinin Molekül Görünümü

Elektrolitler Sulu çözelti iyonlarının önemli bir özelliği, derişimlerinin çok düşük olmaması durumunda elektiriği iletmeleridir. Elektrik yükünü elektronlar vasıtası ile ileten metallerin aksine, iletken sulu çözeltiler elektrik yükünü iyonlar vasıtası ile iletirler. Saf su, çok az iyon içerdiğinden, elektriği iletmez. Ama bazı çözünenler su içinde iyonlarına ayrışırlar ve sulu çözeltiyi iletken hale getirirler. Bu çözünenlere elektrolitler denir.

Elektrolit Çeşitleri Kuvvetli elektrolit olan bileşikler sulu çözeltilerde tamamen iyonlaşırlar. - Elektriği iyi iletirler. Zayıf elektrolit sulu çözeltide kısmen iyonlaşır. - Elektriği iyi iletmez. Elektrolit olmayan bir bileşik iyonlaşmaz. - Elektriği iletmez. A generalization is helpful: Essentially all soluble ionic compounds are strong electrolytes. Most molecular compounds are weak electrolytes or non-electrolytes

Elektrolit Çeşitleri Hemen hemen bütün çözünebilen iyonik bileşikler ve az sayıda molekül yapısındaki bileşik kuvvetli elektrolittir. Sulu çözeltide tamamen iyonlaşan maddeye kuvvetli elektrolit denir. Kuvvetli elektrolit yüksek iyon verme eğilimi gösteren maddedir. Molekül yapısındaki bileşiklerin pek çoğu ya elektolit değil ya da zayıf elektrolittir. Zayıf elektrolit ise sulu çözeltide kısmen iyonlaşan maddedir.

Kimyasal Tepkimeler Kullanılarak Elektrolitlerin Gösterilmesi Kuvvetli elektrolit:Suda iyonlarına tam olarak ayrışır. MgCl2(s) → Mg2+(s) + 2 Cl-(s) Zayıf elektrolit:İyonlaşma tam olmaz ve eşitlik çift okla gösterilir. CH3CO2H(s) ← CH3CO2-(s) + H+(s) → Strong – complete dissociation Weak – reversible CH3OH(aq) Elektrolit olmayan:çözünenlerin sadece molekül formülleri yazılır.

Kuvvetli Elektrolit Çözeltisinde Derişimlerin Hesaplanması Örnek 5-1 Kuvvetli Elektrolit Çözeltisinde Derişimlerin Hesaplanması 0,0165 M Al2(SO4)3(aq) çözeltisinde aluminyum ve sülfat iyonları derişimleri nedir ?. Denkleştirilmiş Kimyasal Eşitlik: Al2(SO4)3 (s) → 2 Al3+(aq) + 3 SO42-(aq)

Örnek 5-1 Aluminyum Konsantrasyonu: Sülfat Konsantrasyonu: 0,0165 mol Al2(SO4)3 2 mol Al3+ [Al] = × = 0,0330 M Al3+ 1 L 1 mol Al2(SO4)3 [SO42-] = × = 1 mol Al2(SO4)3 Sülfat Konsantrasyonu: 1 L 3 mol SO42- 0,0165 mol Al2(SO4)3 0,0495 M SO42-

5-2 Çökelme Tepkimeleri NaCl gibi bazı metal tuzları suda çok iyi çözünürken, AgCl gibi diğer bazı metal tuzları çok az çözünen tuzlardır. Hatta AgCl’nin suda hiç çözünmediğini söylemek olasıdır. Bir çökelme tepkimesinde belirli anyon ve katyonlar birleşerek, çökelek denen ve çözülmeyen iyonik bir katı verirler. Çökelme tepkimesi, bazı kimyasal maddelerin eldesi için endüstride kullanılır. Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(k)

Çözünürlük Kuralları Çözünen bileşikler: Alkali metallerin (Grup I) bileşikleri ve Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ amonyum bileşikleri, NH4+ Nitratlar, perkloratlar ve asetatlar NO3- ClO4- CH3CO2-

Çözünürlük Kuralları Büyük oranda çözünen bileşikler: Klorürler, bromürler ve iyodürler Cl-, Br-, I- Çözünmeyen Pb2+, Ag+, and Hg22+, bromür ve klorürleri hariç. Sülfatlar SO42- Sr2+, Ba2+, Pb2+ ve Hg22+ sülfatları hariç. Ca(SO4) suda çok az çözünür.

Çözünürlük Kuralları Büyük oranda çözünmeyen bileşikler: Hidroksitler ve sülfürler HO-, S2- alkali metaller ve amonyum tuzları, toprak alkali metallerin sülfürleri, Ba2+, Sr2+ ve Ca2+ hidroksitleri az çözünür. Karbonatlar ve fosfatlar CO32-, PO43- alkali metallerin ammonium fosfatları ve karbonatları çözünür.

5-3 Asit-Baz Reaksiyonları Asit sözcüğü ekşi (acidus) sözcüğünden gelmektedir. Alkali (baz) sözcüğü ise Arapça al-qali ‘den türemiştir. 1884’te Svante Arrhenius tarafından Asit-Baz teorisi ileri sürülmüştür.

Asitler Asitler ekşi tatta, bazı metalleri ve karbonat minerallerini çözebilen asit-baz indikatörleri denen maddelerde renk değişimi sağlayan kimyasal maddelerdir. Asit sulu çözeltilerinde hidrojen iyonu (H+) verebilen bir bileşiktir. Kuvvetli asitler: Suda tamamen iyonlaşabilen asitlere denir. Zayıf asitler: Sulu çözeltilerinde tamamen iyonlaşamayan asitlere denir. HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) → Strong acids completely ionize in solution Weak acids partially ionize in solution Compare to the electrolyte strengths. → ← CH3CO2H(aq) H+(aq) + CH3CO2-(aq)

Bazlar Bazlar acı tatta, kayganlık duygusu veren ve asit-baz indikatörlerinin rengini değiştiren kimyasal bileşiklerdir. Baz, sulu çözeltide hidroksit iyonları veren maddeye denir. Kuvvetli Bazlar: Sulu çözeltide tamamen (ya da tamamına çok yakın) ayrışan baza kuvvetli baz denir. Kuvvetli bazların sayısı çok değildir. Zayıf Bazlar: Sulu çözeltide tamamen iyonlaşamayan baza denir. Bazların büyük çoğunluğu zayıftır. NH3 zayıf bazdır. NaOH(aq) Na+(aq) + OH-(aq) → H2O Strong bases completely dissociate (or nearly so) Primarily hydroxides of group 1 and some group 2 metals Certain substances produce ions by reacting with water, not just dissolving in it. NH4 is a weak base because the eaciton does not go to completion. MOST bases are weak bases → ← NH3(aq) + H2O(s) NH4+(aq) + OH-(aq)

Nötürleşme Nötürleşme tepkimesinde bir asit ve bir baz tepkimeye girer. Su ve iyonik bir bileşik olan tuzun sulu çözeltisini meydana getirir. H+(aq)+Cl-(aq)+Na+(aq)+OH-(aq)  Na+(aq)+Cl-(aq)+H2O(s) (asit) (baz) (tuz) (su)

Asit ve Bazların Algılanması Asitler yapılarında iyonlaşabilen hidrojen atomları içerirler. CH3CO2H veya HC2H3O2 Bazlar formülünde metale bağlı OH- iyonları bulunan bileşiklerdir. KOH Bir zayıf bazı belirleyebilmek için aşağıdaki gibi bir iyonlaşma tepkimesine gerek vardır. Na2CO3(k) + H2O(s)→ HCO3-(aq) + 2 Na+(aq) + OH-(aq) Ionizable protons are usually inidicated separately in a formula.

Kireçtaşı ve Mermer Kalsiyum karbonat (kireçtaşında ve mermerde bulunur) suda çözünmeyen ancak kuvvetli ve zayıf asitlerde çözünebilen bir katıdır.

Yükseltgenme-İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri

Giriş Yükseltgenme-İndirgenme (Redoks) Tepkimeleri yükseltgenme sayılarının cebirsel olarak değiştiği tepkimelerdir. Yükseltgenme sayıları ya gerçek yüklerdir yada kimyacıların elektron transferini takip etmesine yardım eden formal yüklerdir. Pratikte, yükseltgenme sayıları hesap yapmamıza yarayan araç olarak görülebilir.

İndirgenme olmadan yükseltgenme gerçekleşemez. Bir redoks tepkimesinde, yükseltgenen madde tepkime esnasında yükseltgenme sayısını artıran atomlar içerir. Yükseltgenme elektron kaybıyla ilişkilendirilir. Bir redoks tepkimesinde, indirgenen madde tepkime esnasında yükseltgenme sayısını azaltan atomlar içerir. İndirgenme elektron kazanımıyla ilişkilendirilir.

Giriş (devam) Bir yükseltgen başka bir tepkeni yükseltgeyen maddedir: kendisi indirgenir! Aynı şekilde, bir indirgen başka bir tepkeni indirgeyen maddedir: kendisi yükseltgenir.

İndirgenme olmadan yükseltgenme gerçekleşemez. Bir yükseltgen başka bir tepkeni yükseltgeyen maddedir: kendisi indirgenir! Aynı şekilde, bir indirgen başka bir tepkeni indirgeyen maddedir: kendisi yükseltgenir. Bir yükseltgenme-indirgenme tepkimesi aynı elementin hem yükseltgenip hem de indirgendiği tepkimelerdir.

Yükseltgenme Sayılarının Belirlenmesi: Temel Kurallar

Hangi Gruplar Hangi Yükseltgenme Basamağı +1 +2 +3 -3 -2 -1

Örnekler

Yarı-Tepkime Yöntemi ile Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi Yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinin denkleştirilmesi sistematik bir yöntem kullanılmadığı taktirde yanıltıcıdır. Aşağıda detaylı bir şekilde gösterilen yarı-tepkime yöntemi sistematik yöntemlerden biridir.

Asidik (ya da Nötral) Çözeltideki Tepkimeler İçin

1) Denkleştirilmemiş yükseltgenme ve indirgenme yarı-tepkimeleri yazarak işe başlayın (hangisinin yükseltgenme, hangisinin indirgenme olduğunu bilmek zorunda değilsiniz): 2) Sonra atom sayılarını denkleştirin. Bunu ilk önce O ve H haricindeki atomlar için yapın. (Yukarıdaki eşitliğin her ikisi de verildiği şekliyle N ve Mn sayıları için denktir, bir işlem yapmaya gerek yok) sonra O atomu sayısını eksik olan tarafa H2O ekleyerek denkleştirin: Daha sonra asidik (yada nötral) çözeltilerde, eksik olan tarafa H+ ekleyerek H sayısını denkleştirin: Asidik (ya da Nötral) Çözeltideki Tepkimeler İçin Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi (devam)

Asidik (ya da Nötral) Çözeltideki Tepkimeler İçin Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi (devam) 3) Bir sonraki adım yüklerin denkleştirilmesidir. Bunu yapmak için, daha pozitif olan tarafa elektronlar (e-) ekleyin: 4) Şimdi yükseltgenme yarı-tepkimesinde kaybedilen elektronların sayısını indirgenme yarı-tepkimesinde kazanılan elektronların sayısına denkleştirmek için eşitlikleri uygun katsayılarla çarpın: 5) Sonra yukarıdaki yarı-tepkimeleri taraf tarafa toplayarak toplam denklem elde edilir: 6) En son iş olarak eşitliğin her iki tarafında bulunan maddeler çıkartılarak sadeleştirme yapılır. Eşitliğin en son denkleştirilmiş hali şu şekildedir:

Bazik Çözeltideki Tepkimeler İçin Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi

Bazik Çözeltideki Tepkimeler İçin Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi (devam)

Bazik Çözeltideki Tepkimeler İçin Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi (devam)