Bölüm 5: Sulu Çözelti Tepkimelerine Giriş Chemistry 140 Fall 2002 Genel Kimya Prensipler ve Modern Uygulamalar 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

5.1 Sulu Çözeltilerin Doğası O2 molekülleri (çözünen madde) Suda çözünmüş Oksijen gazı Saf su Çözeltideki moleküllerin büyük kısmı Çözücü( solvent) molekülleridir. Çözünen madde molekülleri/iyonları sayıca çok daha azdır ve rastgele dağılmışlardır.

Elektrolitler Metallerde elektronların hareketiyle elektrik yükü taşınır. Anot(+) Elektrik yükü, çözelti içinde iyonların göç etmesiyle taşınabilir. Bazı çözünen maddeler su içinde iyonlarına ayrışırlar ve elektrik yükünün taşınmasını sağlarlar Bu maddelere elektrolit denir Katot(-)

Elektrolit Çeşitleri Kuvvetli elektrolit tamamen iyonlarına ayrılır. Chemistry 140 Fall 2002 Elektrolit Çeşitleri Kuvvetli elektrolit tamamen iyonlarına ayrılır. Elektriği İyi iletir. Bütün suda çözünen iyonik bileşikler (ör. NaCl) ve bazı moleküler bileşikler (ör. HCl) Zayıf elektrolit kısmen iyonlarına ayrılır. Elektriği Az iletir. Elektrolit olmayan maddeler iyonlarına ayrılmazlar. Elektriği İletmez. Çoğu moleküler bileşikler. A generalization is helpful: Essentially all soluble ionic compounds are strong electrolytes. Most molecular compounds are weak electrolytes or non-electrolytes

Kuvvetli elektrolit Zayıf elektrolit

→ Elektrolit Örnekleri Kuvvetli Elektrolit: Chemistry 140 Fall 2002 Elektrolit Örnekleri Kuvvetli Elektrolit: MgCl2(k) → Mg2+(suda) + 2 Cl- (suda) Zayıf Elektrolit : CH3CO2H(suda) ← CH3CO2-(suda) + H+(suda) → Strong – complete dissociation Weak – reversible CH3OH(suda) Elektrolit olmayan:

Derişimin (Konsantrasyon) İfadesi 0.0050 M MgCl2 MgCl2(k) → Mg2+(suda) + 2 Cl-(suda) 0.0050 M 0.0050 M 0.0100 M Stokiyometri Önemli! [Mg2+] = 0.0050 M [Cl-] = 0.0100 M [MgCl2] = 0 M [Mg2+] = 0.0050 M [Cl-] = 0.0100 M [MgCl2] = 0 M

Örnek 5-1 Kuvvetli Elektrolit Çözeltilerinde İyon Konsantrasyonunun Hesaplanması. 0.0165 M Al2(SO4)3 çözeltisi içindeki aluminyum ve sülfat iyonu konsantrasyonu nedir? Al2(SO4)3 (k) → 2 Al3+(suda) + 3 SO42-(suda)

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 Bazı bileşikler suda çözünmezler. Çözünen iyonlar birleşerek suda çözünmeyen bileşikleri oluşturablirler. Çökelme olur. Ag+(suda) + Cl-(suda) → AgCl(k)

Net İyonik Eşitlik Bütüncül Eşitlik: AgNO3(suda) +NaI (suda) → AgI(k) + NaNO3(suda) İyonik Eşitlik: Ag+(suda) + NO3-(suda) + Na+(suda) + I-(aq) → AgI(k) + Na+(suda) + NO3-(suda) Gözlemci iyonlar Net iyonik eşitlik: Ag+(suda) + I-(suda) → AgI(k)

İki iyonik bileşiğin verdiği tepkimenin bulunması: İyon değişimi kuralı: KBr  K+ + Br- AgNO3  Ag+ + NO3- KBr + AgNO3  AgBr(k) + KNO3

Çözünürlük Kuralları Çözünen Bileşikler: Alkali metal (Grup 1A) ve amonyum bileşikleri Nitratlar, perkloratlar ve asetatlar Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ NH4+ NO3- ClO4- CH3CO2- C2H3O2- CH3COO-

Çözünürlük Kuralları Çoğunlukla çözünen bileşikler : Klorürler, bromürler and iyodürler Cl-, Br-, I- Pb2+, Ag+, and Hg22+ bromür ve klorürleri hariç Sülfatlar SO42- Sr2+, Ba2+, Pb2+ and Hg22+sülfatları hariç CaSO4 az çözünür.

Çözünürlük Kuralları Çözünmeyen bileşikler : Hidroksitler and sülfürler OH-, S2- alkali metal (grup 1A) ve amonyum tuzları hariç alkali toprak metalleri (grup 2A) sülfürleri hariç Sr2+ ve Ca2+ hidroksitler az çözünürler. Karbonatlar ve Fosfatlar CO32-, PO43- alkali metal (grup 1A) and amonyum tuzları hariç

5-3 Asit-Baz Reaksiyonları Latin acidus (ekşi) Ekşi tat Arapça al-kali (bazı bitkilerin külleri) acı tat Svante Arrhenius 1884 Asit-Baz teorisi.

Asitler Asitler sulu çözeltide H+ iyonu verirler. Kuvvetli asitler: Chemistry 140 Fall 2002 Asitler Asitler sulu çözeltide H+ iyonu verirler. Kuvvetli asitler: Zayıf asitler : HCl(suda) H+(suda) + Cl-(suda) → Strong acids completely ionize in solution Weak acids partially ionize in solution Compare to the electrolyte strengths. → ← CH3CO2H(suda) H+(suda) + CH3CO2-(suda)

Bazlar Bazlar sulu çözeltide OH- iyonu verirler. Kuvvetli bazlar: Chemistry 140 Fall 2002 Bazlar Bazlar sulu çözeltide OH- iyonu verirler. Kuvvetli bazlar: Zayıf bazlar : NaOH(suda) Na+(suda) + OH-(suda) → 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(suda) + H2O(s) OH-(suda) + NH4+(suda)

Asit-Baz Reaksiyonları Chemistry 140 Fall 2002 Asit-Baz Reaksiyonları Asitler iyonize olabilen hidrojen iyonu içerirler. CH3CO2H or HC2H3O2 Bazlar genel olarak metal iyonlarıyla birleşmiş OH- içerirler. KOH veya sulu çözeltide tepkime sonucu OH- oluştururlar: Na2CO3(k) + H2O(s)→ HCO3-(suda) + 2 Na+(suda) + OH-(suda) Ionizable protons are usually inidicated separately in a formula. NH3(g) + H2O (s)  NH4+ (suda) + OH- (suda)

Asit-Baz Reaksiyonları Chemistry 140 Fall 2002 Asit-Baz Reaksiyonları Mg(OH)2 Mg(OH)2(k) + 2 H+(suda) → Mg2+(suda) + 2 H2O(s) Mg(OH)2(k) + 2 CH3CO2H(suda) → Mg2+(suda) + 2 CH3CO2-(suda) + 2 H2O(s) Equation 1 is reaction with strong acid Equation 2 is reaction with weak acid Note the characteristic formation of water.

Asit-Baz Reaksiyonları Chemistry 140 Fall 2002 Asit-Baz Reaksiyonları CaCO3(k) + 2 H+(suda) → Ca2+(suda) + H2CO3(suda) Fakat: H2CO3(suda) → H2O(s) + CO2(g) CaCO3(k) + 2 H+(suda) → Ca2+(suda) + H2O(s) + CO2(g) This equation shows CO32- acting as a base instead of OH-. Our definition must be expanded from simple Arrhenius theory (Bronsted-Lowry and Lewis)

Tablo 5.2 Gaz Oluşturan Bazı Tepkimeler Gas Forming Reactions Tablo 5.2 Gaz Oluşturan Bazı Tepkimeler İyon Tepkime

5-4 Yükseltgenme-İndirgenme: Redoks Bazı Genel İlkeler Hematit yüksek fırında ısıtılarak aşağıdaki gibi Demir metaline dönüştürülür. Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g) D Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g) D Yükseltgenme ve İndirgenme tepkimeleri mutlaka aynı anda olur. Fe3+ iyonu metalik demire (Fe0) indirgenmiştir. CO(g) molekülü CO2 ye yükseltgenmiştir.

Yükseltgenme Basamağı Değişimleri Yükseltgenme basamaklarını (Y.B.) göster: 3+ 2- 2+ 2- 4+ 2- Fe2O3(k) + 3 CO(g) → 2 Fe(k) + 3 CO2(g) D Fe3+ demir metaline indirgenir. CO(g) karbondioksite yükseltgenir.

Yükseltgenme ve İndirgenme= Redoks Tepkime sırasında yükseltgenen elementin Y.B. ı artar. Elektronlar eşitliğin sağında yer alır. İndirgenme Tepkime sırasında indirgenen elementin Y.B. ı azalır. Elektronlar eşitliğin solunda yer alır

Bakır Sülfat Çözeltisinde Çinko Zn(k) + Cu2+(suda) → Zn2+(suda) + Cu(k)

Yarı Tepkimeler Reaksiyonu yarı tekimeler halinde gösterin. Yükseltgenme: Zn(k) → Zn2+(suda) + 2 e- İndirgenme: Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(k) Net: Cu2+(suda) + Zn(k) → Cu(k) + Zn2+(suda)

Yükseltgenme-İndirgenme Eşitliklerinin Denkleştirilmesi Ancak bazı tepkimeler inceleme yoluyla denkleştirilebilir. Tepkimelerin denkleştirilebilmesi için daha sistematik bir yaklaşım gereklidir. Yarı Tepkime (İyon-Elektron) Metodu

Yükseltgenme Basamağı Metodu Tepkime eşitliğinde görülen bütün elementlerin Y.B. ları yazın. Yükseltgenen ve indirgenen elementleri belirleyin (Eşitliğin iki yanındaki indirgenen ve yükseltgenen bileşikleri birer çizgi ile birleştirerek Y.B. ındaki değişiklikleri gösterin). Yükseltgenenler tarafından kaybedilen ve indirgenenler tarafından alınan elektronların sayıları hesaplayın. Bu elektron sayılarını, alınan ve kaybedilen elektron sayılarını eşitlemek için katsayılarla çarpın. (Kendileriyle çarpıldığında alınan elektronların sayısı ile kaybedilen elektronların sayılarını eşitleyecek katsayıları belirleyin). Bu katsayıları denkleştirme katsayıları olarak kullanın. Eşitliği inceleyerek kalan elementleri denkleştirin.

Asidik Çözeltide Denkleştirme Yarı tepkime eşitliklerini yazın. H ve O dışındaki atomları denkleştirin. Oksijenleri H2O kullanarak denkleştirin. Hidrojenleri H+ kullanarak denkleştirin. Yükleri e- kullanarak denkleştirin. Yarı tepkimelerin elektron sayılarını denkleştirin. Yarı tepkimeleri toplayın. Denkliği kontrol edin.

SO32-(suda) + MnO4-(suda) → SO42-(suda) + Mn2+(suda) Örnek 5-6 Asidik Çözeltide bir indirgenme-yükseltgenme eşitliğinin denkletirilmesi. Aşağıdaki eşitliği asidik çözeltide denkleştirin.. SO32-(suda) + MnO4-(suda) → SO42-(suda) + Mn2+(suda)

Örnek 5-6 Y.B. larını belirleyin: 4+ 6+ 7+ 2+ SO32-(suda) + MnO4-(suda) → SO42-(suda) + Mn2+(suda) Yarı tepkimeleri yazın: SO32-(suda) → SO42-(suda) + 2 e-(suda) 5 e-(suda) +MnO4-(suda) → Mn2+(suda) H ve O dışındaki atomları denkleştirin: Diğer elementler burada zaten denkleşmiş halde.

Örnek 5-6 Oksijenleri H2O ekleyerek denkleştirin: H2O(s) + SO32-(suda) → SO42-(suda) + 2 e-(suda) 5 e-(suda) +MnO4-(suda) → Mn2+(suda) + 4 H2O(s) Hidrojeni H+ ekleyerek denkleştirin: H2O(l) + SO32-(suda) → SO42-(suda) + 2 e-(suda) + 2 H+(suda) 8 H+(suda) + 5 e-(suda) +MnO4-(suda) → Mn2+(suda) + 4 H2O(l) Yüklerin denkleşip denkleşmediğini kontrol edin: Gerekirse yükleri denkleştirmek için e- ekleyin.

Örnek 5-6 Yarı tepkimeleri e- ları eşitlemek için katsayılarla çarpın : 5 H2O(s) + 5 SO32-(suda) → 5 SO42-(suda) + 10 e-(suda) + 10 H+(suda) 16 H+(suda) + 10 e-(suda) + 2 MnO4-(suda) → 2 Mn2+(suda) + 8 H2O(s) Yarı tepkimeleri toplayın ve sadeleştirin: 5 SO32-(suda) + 2 MnO4-(suda) + 6H+(suda) → 5 SO42-(suda) + 2 Mn2+(suda) + 3 H2O(s) Denkliği kontrol edin!

Bazik Çözeltide Denkleştirme H+ in yerini OH- alır. Denkleştirmeyi asidik çözeltideki gibi yapın. Sonra H+ iyonlarını nötralize etmek için her iki tarafa da H+ iyonlarını ile aynı sayıda OH- ekleyin. Tepkimenin her iki tarafında da oluşan H2O ları sadeleştirin. (H+ ve OH- birleşmesinden H2O oluşur) Denkliği kontrol edin.

5-6 Yükseltgenler ve İndirgenler. Redoks tepkimesi sırasında bileşimindeki elementlerinden birinin Y.B. ı azalır (indirgenir). İndirgen: Redoks tepkimesi sırasında bileşimindeki elementlerinden birinin Y.B. ı artar (yükseltgenir)

Redoks

Kuvvetli Yükseltgenler: MnO4- (Asidik çözeltide) Mn+2 + H2O MnO2 (Asidik çözeltide) Mn+2 + H2O MnO4- (Bazik veya nötür çözeltide) MnO2 Cr2O72- (Asidik çözeltide) Cr+3 + H2O Cr2O72- (Bazik çözeltide) CrO42- + H2O CrO42- (Bazik çözeltide) CrO22- + H2O HNO3 (Konsantre)  NO2 + H2O HNO3 (Seyreltik)  NO + H2O H2SO4 (Sıcak,konsantre)  SO2 + H2O Serbest Halojenler (Cl2 vb.)  Cl- H2O2 (Asidik çözeltide)  H2O H2O2 (Bozulma)  O2 + H2O Na2O2 (Asidik çözeltide) NaOH HClO4  Cl- + H2O

Kuvvetli İndirgenler: Cl-  Cl2 SO3-2 , SO2 , NO2-  SO42- , NO3- vs. Serbest Halojenler (Cl2 vb.) (seyreltik bazik çözelti) ClO- Serbest Halojenler (Cl2 vb.) (konsantre bazik çözelti) ClO3- S2O32-  S4O62-

Örnek 5-8 Yükseltgen ve İndirgenin Belirlenmesi. Hidrojen peroksit, H2O2, çok yönlü bir bileşiktir. Kullanıldığı alanlardan bazıları, odun hamuru ve tekstil maddelerinin beyazlatılması ve su arıtımında klor yerine kullanılmasıdır. Aşağıdaki tepkimelerde hidrojen peroksit in indirgen mi yoksa yükseltgen mi olduğunu belirleyiniz.

Örnek 5-8 H2O2(suda) + 2 Fe2+(suda) + 2 H+ → 2 H2O(s) + 2 Fe3+(suda) Chemistry 140 Fall 2002 Örnek 5-8 H2O2(suda) + 2 Fe2+(suda) + 2 H+ → 2 H2O(s) + 2 Fe3+(suda) Demir yükseltgenmiş ve peroksit indirgenmiştir. 5 H2O2(suda) + 2 MnO4-(aq) + 6 H+ → 8 H2O(s) + 2 Mn2+(suda) + 5 O2(g) Fe(2) is oxidized to Fe(3). Therefore peroxide is an oxidizing agent. Peroxide is reduced to water. Mn(7) is reduced to Mn(2). Therefore peroxide is a reducing agent. Peroxide is oxidized to molecular oxygenl. Mangan indirgenmiş ve peroksit yükseltgenmiştir.

5-7 Sulu Çözelti Tepkimelerinin Stokiyometrisi: Titrasyonlar. Bir çözeltinin bir başka çözeltiye kontrollü biçimde eklenmesidir. Eşdeğerlik Noktası Her iki tepkenin de tamamıyla tükendiği nokta. İndikatör Eşdeğerlik noktasında veya buna çok yakın bir noktada renk değiştiren madde.

İndikatör

Örnek 5-10 Redoks Titrasyonu. 0.1568 g demir tel, Fe2+(aq) iyonuna çevrildikten sonra 26.42 mL KMnO4(aq) çözeltisi ile titre edilmiştir. KMnO4(aq) çözeltisinin Molaritesi nedir? 5 Fe2+(suda) + MnO4-(suda) + 8 H+(suda) → 4 H2O(s) + 5 Fe3+(suda) + Mn2+(suda)

Example 5-10 Tepkimede tüketilen KMnO4 miktarını belirleyin: 5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+(aq) → 4 H2O(s) + 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq) Tepkimede tüketilen KMnO4 miktarını belirleyin: Konsantrasyonu hesaplayın:

Bölüm 5 Sorular