BÖLÜM 18: Asit-Baz Dengeleri, Ek Konular GENEL KİMYA Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci • Harwood • Herring 8. Baskı BÖLÜM 18: Asit-Baz Dengeleri, Ek Konular Doç. Dr. Ali ERDOĞMUŞ Kimya Bölümü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul

İçindekiler 18-1 Asit-Baz Dengelerinde Ortak İyon Etkisi 18-2 Tampon Çözeltiler 18-3 Asit-Baz İndikatörleri 18-4 Nötürleşme Tepkimeleri ve Titrasyon Eğrileri 18-5 Çok Protonlu Asit Tuzlarının Çözeltileri 18-6 Asit-Baz Denge Hesaplamaları: Özet

18-1 Asit-Baz Dengelerinde Ortak İyon Etkisi Bu bölümün büyük bir kısmında, zayıf asit ya da zayıf bazı çözdüğümüzde, çözdüğümüz bileşiğin bir iyonunun ikinci bir kaynaktan da geldiği durumları inceleyeceğiz. İlave edilen bu zayıf asit ya da baz iyonuna “ortak iyon” denir. Ortak iyonun varlığı asit-baz dengelerinde özel bir öneme sahiptir.

Zayıf Asit-Kuvvetli Asit Çözeltileri Aynı çözeltide 0,100 M CH3CO2H ve 0,100 M HCl bulunduran bir çözeltiyi ele alalım. CH3CO2H + H2O  CH3CO2- + H3O+ (0,100-x) M x M x M HCl + H2O  Cl- + H3O+ 0,100 M 0,100 M [H3O+] = (0,100 + x) M Çözeltide tek bir hidronyum derişimi olmalıdır.

Hidronyum İyonunun Asetik Asidin İyonlaşması Üzerine Ortak İyon Etkisi

Hidroksit İyonunun Amonyağın İyonlaşması Üzerine Ortak İyon Etkisi

Zayıf Asit ve Tuzlarının Çözeltileri

18-2 Tampon Çözeltiler Az miktarda asit ya da baz eklenmesi halinde pH değerinde çok küçük değişme gösteren çözeltilere “tampon çözeltiler” denir. Tampon çözeltilerde, biri asitleri diğeri bazları nötürleştiren iki bileşen bulunur. Ancak iki bileşenin birbirlerini nötürleştirmemeleri gerekir. Bunun anlamı bu bileşenlerin kuvvetli asit ve kuvvetli baz olmamaları demektir. Tampon çözeltiler genellikle Bir zayıf asit ile onun eşlenik bazından ya da Bir zayıf baz ile onun eşlenik asidinden oluşan çözeltidir.

Tampon Çözeltiler [CH3CO2H] = [CH3CO2-] olan bir çözeltiyi ele alalım. [H3O+] [CH3CO2-] Ka= = 1,8 x 10-5 [C3CO2H] [CH3CO2-] [C3CO2H] Ka [H3O+] = = 1,8 x 10-5 pH = -log[H3O+] = -logKa = -log(1,8 x 10-5) = 4,74

Henderson-Hasselbalch Eşitliği İyonlaşma eşitliğinin bir çeşidi olan bu eşitliğin türetilmesi için zayıf bir asit HA, (örneğin asetik asit) ve onun tuzunun NaA, (örneğin sodyum asetat) karışımını ele alalım: HA + H2O  A- + H3O+ [H3O+] [A-] [HA] Ka= [H3O+] [HA] Ka= [A-] -log[H3O+]-log [HA] -logKa= [A-]

Henderson-Hasselbalch Eşitliği -log[H3O+] - log [HA] -logKa= [A-] pH - log [HA] pKa = [A-] pKa + log [HA] pH = [A-] pKa + log [asit] pH = [konjuge baz]

Tampon Kapasitesi ve Tampon Aralığı Tampon kapasitesi, tampon çözeltinin pH’sı önemli oranda değişmeye uğramadan nötürleştirebileceği asit ya da baz miktarıdır. Genel olarak, bir zayıf asidin ve onun eşlenik bazının derişimleri büyük ve birbirine yaklaşık eşitse tamponlama kapasitesi en yüksektir. Tampon aralığı ise, tampona eklenen asit ve bazların tampon pH’sı üzerine etkisinin çok az olduğu ve dolayısıyla pH değerinin hemen hemen sabit kaldığı pH aralığıdır. pKa + log [asit] pH = [konjuge baz] [konjuge baz]/[asit]=1 olduğu zaman pH=pKa

18-3 Asit-Baz İndikatörleri İçine konuldukları çözeltinin pH’sına göre renk veren bileşiklerdir. HIn + H2O  In- + H3O+ Genel olarak indikatörün %90 ya da daha fazlası HIn yapısındaysa, çözelti indikatörün asit rengini alır. %90 yada daha fazlası In- şekline geçmişse, çözeltinin rengi bu kez baz (anyon) renginde olur. HIn ve In- derişimleri yaklaşık eşit ise, indikatör bir yapıdan diğerine değişim halindedir ve bir ara renk görünür. Tam bir renk değişimi ancak yaklaşık 2 pH birimi aralığının üzerindeki pH değişimlerinde gözlenir.

18-4 Nötürleşme Tepkimeleri ve titrasyon Eğrileri Eşdeğerlik Noktası Hem asit hem de bazın tükendiği, yani hiç birinin aşırısının kalmadığı andır. Dönüm Noktası Bir titrasyonda indikatörün renk değiştirdiği noktaya indikatörün “dönüm noktası” denir. Titrant Derişimi bilinmeyen çözeltiye ilave edilen derişimi bilinen çözeltiye “titrant” denir. Titrasyon Eğrisi pH’ya karşı, harcanan titrasyon çözeltisinin (büretteki çözelti) hacmi alınarak çizilen grafiğe “titrasyon eğrisi” denir.

Milimol Tipik bir titrasyonda büretten akıtılan çözeltinin hacmi 50 mL’den azdır (çoğu kez 20-25 mL dolayında). Yine çözeltinin molaritesi genellikle 1 M’dan küçüktür. Bu durumda büretten akıtılan çözeltideki OH- (ya da H3O+) miktarı bir molün birkaç binde biri, örneğin 5,00 x 10-3 mol kadardır. Milimol birimini mmol ile gösteririz ve bunun anlamı bir molün binde biri, yani 10-3 mol demektir. L/1000 mol/1000 = M = L mol mL mmol

Kuvvetli Bir Asidin Kuvvetli Bir Baz İle Titrasyonu Titrasyon başlangıcında pH değeri küçüktür. Eşdeğerlik noktasının biraz öncesine kadar pH değişmesi yavaş olur. Eşdeğerlik noktasında pH hızla yükselir. Bu yükselme, örneğin 0,10 mL (2 damla) baz eklenmesiyle 6 pH birimi kadar olabilir. Eşdeğerlik noktasından sonra pH yükselmesi yine yavaş olur. Renk değişimi pH=4-10 aralığına düşen bir indikatör bu titrasyon için uygundur.

Zayıf Bir Asidin Kuvvetli Bir Baz İle Titrasyonu

18-5 Çok Protonlu Asit Tuzlarının Çözeltileri Fosforik asidin üçüncü eşdeğerlik noktasına (H3PO4’ün titrasyonunda gözlenemeyen eşdeğerlik noktası) kuvvetli bazik çözeltide ulaşılabilir. Bu üçüncü eşdeğerlik noktası en kolay hesaplanabilenidir. Bunun nedeni, Na3PO4(aq)’ın yani PO43-’ın yalnızca baz olarak hidroliz olmasıdır. PO43- + H2O  HPO42- + OH- Kb = Ksu / Ka = 2,4 x 10-2

Çok Protonlu Asitlerin Derişik Çözeltileri Çözelti derişimlerinin 0,1 M ve daha büyük olduğu durumlarda pH değerlerinin derişime bağlı olmadığı görülmüştür. H2PO4- pH = 0,5 (pKa1 + pKa2) = 0,5 (2,15 + 7,20) = 4,68 HPO42- pH = 0,5 (pKa1 + pKa2) = 0,5 (7,20 + 12,38) = 9,79

18-6 Asit-Baz Denge Hesaplamaları: Özet Çözeltide hangi türler önemli miktarda bulunmaktadır ve derişimleri nedir? Çözeltide bulunan türler arasında tepkimeler söz konusu mudur? Eğer tepkimeler var ise stokiyometrileri nedir? Hangi denge eşitlikleri vardır? Bunlardan hangileri daha anlamlıdır?