SULU ÇÖZELTİLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ VIII.DERS

Sulu Çözeltilerin Genel Özellikleri Çözelti: İki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımıdır. Çözeltide az miktarda bulunan türe çözünen, fazla miktarda bulunan türe ise çözücü denir. Bir çözelti gaz (hava), katı (alaşım) veya sıvı (deniz) olabilir. Kimyasal reaksiyonların çoğu sulu ortamda meydana geldiği için bu bölümde çözünenin sıvı ya da katı, çözücünün ise su olduğu çözeltileri incelenecektir. Lehim (k) Çözelti Çözücü Çözünen Gazoz (sıvı) Hava (g) H2O N2 Pb Şeker, CO2 O2, Ar, CH4 Sn

Elektrolit ve Elektrolit Olmayanlar Elektrolit suda çözündüğünde çözeltisi elektrik akımını ileten maddedir. Elektrolit olmayan maddeler ise suda çözündüğünde elektrik akımını iletmezler. NaCl suda çözündüğü zaman Na+ ve Cl- iyonlarına ayrışır. Na+ iyonları şekildeki düzeneğin elektrot çiftinden negatif olanına ve Cl- iyonları ise pozitif olanına doğru çekilirler. Bu iyon hareketi metal bir telde akan elektronlara benzer şekilde elektrik akımı oluşturur. Elektrolit olmayan C6H12O6 Zayıf elektrolit CH3COOH Kuvvetli elektrolit NaCl 3

NaCl(k) Na+(suda) + Cl-(suda) Çözeltide elektriği katyonlar (+) ve anyonlar (-) iletir. Kuvvetli elektrolit, % 100 iyonlaşır: NaCl(k) Na+(suda) + Cl-(suda) H2O Zayıf elektrolit, çok az iyonlaşır: CH3COOH CH3COO- (suda) + H+ (suda) Çift yönlü ok, reaksiyonun her iki yönde olduğunu gösterir. 4

Su elektriksel olarak nötr bir molekül olmasına karşın, pozitif (H) ve negatif (O) kutuplar içerir (polar çözücü). Bir iyonun belirli bir yönelmeyle su molekülleri tarafından sarılmasına hidratlaşma denir. d+ d- H2O

Elektrolit olmayan ise suda çözündüğünde iyonlarına ayrışmaz. C6H12O6 (k) C6H12O6 (suda) H2O

Çökme Reaksiyonları Çökme reaksiyonu sulu çözeltide çözünmeyen ürün ya da çökelek oluşturan yaygın bir yer değiştirme reaksiyonudur. Çökelek, çözeltiden ayrılan, çözünmeyen katıdır. Bir çözeltiye bir bileşik eklendiğinde çökeltinin oluşup oluşmayacağı çözünürlüğe bağlıdır. Çözünürlük ise belirli bir sıcaklıkta belirli miktardaki çözücü içerisinde çözünebilen maksimum çözünen madde miktarıdır. Pb(NO3)2(suda) + 2KI(suda) PbI2(k) + 2KNO3(suda)

PbI2 çökeleğinin oluşumu Pb2+ + 2I- PbI2(k) Çökme reaksiyonunda değişmeden kalan iyonlar (gözlemci iyonlar : K+ ve NO3-), iyonik eşitlikte ihmal edilirler.

Maddeler nitel anlamda “çözünen, az çözünen ve hiç çözünmeyen’’ diye sınıflandırılır. Li+, Na+, K+, NH4+, HCO3- ve ClO3- iyonlarını içeren bileşikler suda çözünür. Cl-, Br- ve I-’nin Ag+, Hg22+ve Pb2+ ile yaptığı bileşikler hariç diğer bileşikleri suda çözünür. CO32-, PO43-, CrO42- ve S2-’nin alkali metal iyonları ve NH4+ ile olan bileşikleri hariç diğer bileşikleri suda çözünmez. OH-’nin alkali metal iyonları ve Ba2+ ile olan bileşikleri hariç diğer bileşikleri suda çözünmez.

Çeşitli çökeleklerin görünümü CdS PbS Ni(OH)2 Al(OH)3 Çökeleklerin de aslında kısmen çözündüğü unutulmamalıdır.

AgNO3(suda) + NaCl(suda) AgCl(k) + NaNO3(suda) Örnek Aşağıdaki reaksiyon için net iyonik eşitliği yazınız. AgNO3(suda) + NaCl(suda) AgCl(k) + NaNO3(suda) Çözüm Ag+ + NO3- + Na+ + Cl- AgCl(k) + Na+ + NO3- Ag+ + Cl- AgCl(k) Örnek Aşağıdaki reaksiyonu denkleştiriniz. Ca2+(suda) + HCO3 (suda) CaCO3(k) + CO2(suda) -

Asit ve Baz Reaksiyonları Asitlerin genel özellikleri 1. Asitlerin tadı ekşidir. Sirke asetik asit, turunçgiller ise sitrik asit içerir. 2. Mavi turnusolu kırmızıya çevirirler. 3. Bazı metallerle reaksiyona girerek H2 açığa çıkarırlar. 2HCl(suda) + Mg(k) MgCl2(suda) + H2(g) 4. Karbonat ve bikarbonatlarla reaksiyon vererek CO2 açığa çıkarırlar. 2HCl(suda) + CaCO3(k) CaCl2(suda) + CO2(g) + H2O(s) 5. Sulu asit çözeltileri elektrik akımını iletirler.

Bazların Genel Özellikleri 1. Tatları acıdır. 2. Kayganlık hissi verirler (sabun). 3. Kırmızı turnusolu maviye çevirirler. 4. Sulu baz çözeltileri elektrik akımını iletirler.

Brønsted Asit ve Bazları Brønsted asidi proton veren, Brønsted bazı ise proton alan maddedir. Protonlar son derece küçük tanecikler (çapı 10-15 m) olduğundan ve suyun negatif kısmı ile kuvvetle çekildiğinden, sulu çözeltilerde hidratlanmış halde bulunurlar (H3O+).

Brønsted asidi proton vericidir Brønsted bazı proton alıcıdır asit asit baz

Arrhenius asidi sulu çözeltiye H+ (H3O+) verir: Arrhenius bazı sulu çözeltiye OH- verir:

Tek protonlu (monoprotik) asitler HCl H+ + Cl- Kuvvetli elektrolit, kuvvetli asit HNO3 H+ + NO3- Kuvvetli elektrolit, kuvvetli asit CH3COOH H+ + CH3COO- Zayıf elektrolit, zayıf asit İki protonlu (diprotik) asitler H2SO4 H+ + HSO4- Kuvvetli elektrolit, kuvvetli asit HSO4- H+ + SO42- Zayıf elektrolit, zayıf asit Üç protonlu (triprotik) asitler H3PO4 H+ + H2PO4- Zayıf elektrolit, zayıf asit H2PO4- H+ + HPO42- Zayıf elektrolit, zayıf asit HPO42- H+ + PO43- Zayıf elektrolit, zayıf asit 17

Örnek Aşağıda verilen her bir türü sulu çözeltide Brønsted asidi ve bazı olmalarına göre sıralayınız: (a) HI, (b) CH3COO-, (c) H2PO4- HI(suda) H+(suda) + I-(suda) Brønsted asidi CH3COO-(suda) + H+(suda) CH3COOH(suda) Brønsted bazı H2PO4-(suda) H+(suda) + HPO42-(suda) Brønsted asidi H2PO4-(suda) + H+(suda) H3PO4(suda) Brønsted bazı 18

Asit-Baz Nötralleşmesi Nötralleşme tepkimesi asit ve baz arasında meydana gelen bir tepkimedir. Sulu çözeltilerde çoğunlukla ürün olarak tuz ve su oluşur. asit + baz tuz + su HCl(suda) + NaOH(suda) NaCl(suda) + H2O H+ + Cl- + Na+ + OH- Na+ + Cl- + H2O H+ + OH- H2O

2HCl(suda) + Na2CO3(suda) 2NaCl(suda) + H2O +CO2 Bazı nötralleşme tepkimelerinde su ve tuzun yanı sıra gaz da oluşur. asit + baz tuz + su + CO2 2HCl(suda) + Na2CO3(suda) 2NaCl(suda) + H2O +CO2 2H+ + 2Cl- + 2Na+ + CO32- 2Na+ + 2Cl- + H2O + CO2 2H+ + CO32- H2O + CO2

Yükseltgenme-İndirgenme Reaksiyonları (elektron transfer reaksiyonları) 2Mg 2Mg2+ + 4e- Yükseltgenme (e- verme) O2 + 4e- 2O2- İndirgenme (e- alma) 2Mg + O2 + 4e- 2Mg2+ + 2O2- + 4e- 2Mg + O2 2MgO 21

Cu(k) + 2AgNO3(suda) Cu(NO3)2(suda) + 2Ag(k) Bir parça bakır tel AgNO3 çözeltisi içerisine bırakıldığında, Cu atomları Cu2+ iyonları olarak çözeltiye geçerken, Ag+ iyonları katı Ag’ye dönüşür. Cu Cu2+ + 2e- Ag+ + 1e- Ag Cu(k) + 2AgNO3(suda) Cu(NO3)2(suda) + 2Ag(k)

Yükseltgenme Basamağı Bir redoks tepkimesinde elektron aktarımını izlemek için ürün ve girenlerin yükseltgenme basamaklarının belirlenmesi gerekir: Bir elementin tek başına (bağ yapmadığı durumda) yük. basamağı sıfırdır. Tek atomlu iyonların yük. basamağı iyonun yüküdür. Oksijenin, peroksit (O22- : -1) haricindeki çoğu bileşiğinde (MgO, H2O) yük. basamağı -2’dir. Hidrojenin yükseltgenme basamağı +1’dir. Metallerle oluşturduğu bileşiklerde ise -1’dir (LiH, NaH gibi). Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 0 Li+, Li = +1; Fe3+, Fe = +3; O2-, O = -2

HCO3- NaIO3 O = –2 H = +1 Na = +1 O = -2 3x(–2) + 1 + ? = –1 1A ve 2A grubu metalleri sırasıyla +1 ve +2 iken, flor bütün bileşiklerinde -1’dir. Nötr bir molekülde atomların yük. basamakları toplamı sıfır olmalıdır. Yük. basamağı tam sayı olmak zorunda değildir. Örneğin, süperoksit (O2-) iyonundaki oksijenin yük basamağı -1/2’dir. HCO3- NaIO3 O = –2 H = +1 Na = +1 O = -2 3x(–2) + 1 + ? = –1 3x(-2) + 1 + ? = 0 C = +4 I = +5

Elementlerin bileşiklerindeki yükseltgenme basamakları 25

Bazı yaygın yükseltgenme-indirgenme reaksiyonları 1. Birleşme Reaksiyonu A + B C +3 -1 2Al + 3Br2 2AlBr3 2. Bozunma Reaksiyonu C A + B +1 +5 -2 +1 -1 2KClO3 2KCl + 3O2 26

3. Yanma Reaksiyonu A + O2 B +4 -2 S + O2 SO2 +2 -2 2Mg + O2 2MgO 27

4. Yer Değiştirme Reaksiyonu A + BC AC + B +1 +2 Sr + 2H2O Sr(OH)2 + H2 Hidrojen Yer Değiştirmesi +4 +2 TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2 Metal Yer Değiştirmesi -1 -1 Cl2 + 2KBr 2KCl + Br2 Halojen Yer Değiştirmesi

5. Disproporsiyon Reaksiyonu Bir elementin aynı anda hem indirgenmesi hem de yükseltgenmesine disproporsiyon denir. Örnek Cl2 + 2OH- ClO- + Cl- + H2O +1 -1 yükseltgenme indirgenme

Metallerin Aktivite Serisi Hidrojen Yer Değiştirme Reaksiyonu M + BC MC + B M : metal BC : asit ya da H2O B : H2 Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2 Pb + 2H2O Pb(OH)2 + H2 30

F2 > Cl2 > Br2 > I2 Halojenlerin Aktivite Serisi Halojen Yer Değiştirme Reaksiyonu F2’un aktivitesi o kadar yüksektir ki, çözeltideki su ile kuvvetli reaksiyon verdiğinden diğer halojenlerle yer değiştirme reaksiyonu vermez: 2F2 + 2H2O 4HF + O2 Cl2 + 2Br- 2Cl- + Br2 -1 Sanayide brom (dumanlı kırmızı sıvı) deniz suyunun klor ile tepkimesinden elde edilir. Deniz suyu bromür (Br-) iyonu bakımından zengindir. Br2 + 2I- 2Br- + I2 I2 + 2Br- 2I- + Br2

Trafikte Alkol Kontrolü +6 3CH3CH2OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 +3 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O Yasal sınır: 0,5 promil (0,5 g alkol/1L kan)

Çözeltilerin Derişimleri Bir çözeltinin derişimi, belli miktardaki çözelti ya da çözücü içerisinde çözünen madde miktarıdır. Molarite (M): 1 litre çözeltide çözünen maddenin mol sayısıdır. 1 M = 1 mol/L = 1 mmol/1 mL = 1000 mM = 1000000 M olur. 1 mM = 1 mmol/L = 0,001 M olur. Örnek 500 mL 2,8 M KI çözeltisi hazırlayabilmek için kaç g KI (166 g/mol) gereklidir? M = molarite = Çözünenin mol sayısı Çözeltinin hacmi (L) 500. mL = 232 g KI 166 g KI 1 mol KI x 2,8 mol KI 1 L çözelti 1 L 1000 mL

Belirli derişimde bir çözelti hazırlanması

Seyreltme, derişimi daha yüksek bir çözeltiden derişimi daha az bir çözelti hazırlama işlemidir. Çözücü ekleme Seyreltme öncesi çözünenin molü (i) Seyreltme sonrası çözünenin molü (f) = MiVi MfVf = 35

Örnek MiVi = MfVf Mi = 4 M Mf = 0,2 M Vf = 0,06 L Vi = ? L 4 M HNO3’ten 60 mL 0,2 M HNO3 çözeltisi nasıl hazırlanır? MiVi = MfVf Mi = 4 M Mf = 0,2 M Vf = 0,06 L Vi = ? L 0,2 M x 0,06 L 4 M = 0,00300 L = 3 mL Vi = 4 M HNO3’ten 3 mL alınır ve toplam hacim 60 mL olana dek su ile seyreltme yapılır.

Çözelti Stokiyometrisi 1. Gravimetrik Analiz Kütle ölçümüne dayanan analitik bir tekniktir. Gravimetrik analizde temel basamaklar: Miktarı bilinmeyen maddenin (NaCl) hazırlanması Miktarı bilinen maddenin (AgNO3) ilave edilmesi Oluşan çökeleğin (AgCl) süzülmesi Ag+ + Cl- AgCl (k)

2. Asit-Baz (Nötürleşme) Titrasyonları Derişimi bilinen bir (standart) çözeltinin, derişimi bilinmeyen çözelti üzerine reaksiyon tamamlanıncaya kadar ilave edilmesine titrasyon denir. Eşdeğerlik noktası : Reaksiyonun tamamlandığı noktadır. İndikatör: Eşdeğerlik noktasında renk değiştiren maddedir. Büretteki baz yavaşça derişimi bilinmeyen erlendeki asitin üzerine eşdeğerlik noktasına kadar damlatılır. 38

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O Asit-baz reaksiyonu: Redoks reaksiyonu: H2SO4 + 2NaOH 2H2O + Na2SO4 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O 39

Örnek H2SO4 + 2NaOH 2H2O + Na2SO4 2.mmol = 1.mmol 25 mL 4,5 M H2SO4 çözeltisini titre edebilmek için 1,42 M NaOH çözeltisinden kaç mL gereklidir? H2SO4 + 2NaOH 2H2O + Na2SO4 2.mmol = 1.mmol 2.25 mL.4,5 M = 1.x mL.1,42 M 225 = x.1,42 x = 158,5 mL

Deniz suyundan Mg üretimi: CaCO3(k) CaO(k) + CO2(g) CaO(k) + H2O(s) Ca2+(suda) + 2OH-(suda) Mg2+(suda) + 2OH (suda) Mg(OH)2(k) - Mg(OH)2(k) + 2HCl(suda) MgCl2(suda) + 2H2O(s) Mg2+ + 2e- Mg 2Cl- Cl2 + 2e- MgCl2(suda) Mg(k) + Cl2(g)

Sorular ve Problemler 1. Suyun hangi özelliği, moleküllerinin iyonlar ile etkileşime girebilmesine neden olur? 2. NaNO3 + CuSO4 ? 3. Aşağıdaki her bir redoks tepkimesi için yarı-tepkimeleri yazınız. Yükseltgen ve indirgeni belirleyiniz. 4Fe + 3O2 2Fe2O3 Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2 4. 35 mL 5,5 M KOH çözeltisinde kaç gram KOH vardır? 5. 505 mL 0,125 M HCl çözeltisini 0,100 M’a seyreltmek için ne kadar su eklenmelidir?

6. 35,2 mL 1,66 M KMnO4 çözeltisi ile 16,7 mL 0,892 M KMnO4 çözeltisi karıştırıldığında son çözelti derişimi ne olur? 7. 30 mL 0,15 M CaCl2 çözeltisi 15 mL 0,10 M AgNO3 çözeltisine ilave edildiğinde kaç gram AgCl çöker? 8. 0,4218 g KHP’yi nötürleştirmek için 18,68 mL KOH çözeltisinden kaç M kullanılmalıdır? 9. X2+ iyonu oluşturduğu bilinen 1 gram X metali örneği 0,1 L 0,5 M H2SO4 çözeltisine atılıyor ve metal tepkimeye girdikten sonra geriye kalan asidi nötürleştirmek için 0,0334 L 0,5 M NaOH gerektiği bulunduğuna göre metalin mol kütlesini bulunuz. 10. 500 mL 2,00 M HCl çözeltisi 4,47 g magnezyum ile reaksiyona sokuluyor. Metalin tamamı reaksiyona girdikten sonra asit çözeltisinin molaritesi ne olurdu?