Kimya Mühendisliği Asitler Bazlar SULU ÇÖ ZELT İ LERDE DENGE Asitler Bazlar ve Çö z ü n ü rl ü k Arrhenius Asit-Baz Tan m (1884) Suda H + iyonu vermek ü zere ayr ş an maddelere asit, OH - iyonu vermek ü zere ayr ş an maddelere de baz ad verilmektedir HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Bronsted-Lowry asit-baz tan m (1923) Proton (H+) verebilen maddelere asit, proton alabilen maddelere de baz ad verilmektedir HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - (asit) (baz) (asit) (baz) NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - (baz) (asit) (asit) (baz) Konjuge asit baz ç ifti: NH 3 /NH 4 + Lewis asit-baz Tan m Elektron ç ifti veren t ü r baz, elektron ç ifti alan madde ise asittirN ö tralle ş me. Bir asit ile baz n reaksiyona girerek birbirlerinin asit ve bazl ğ n n ö t ü rle ştirmesidir. HCl + NaOH ? NaCl +H 2 O Reaksiyon sonucunda su ve tuz ad verilen iyonik bile şik olu şur Elektrol it Suda (ve baz çö z ü c ü lerde) çö z ü nd ü ğ ü zaman iyonla şarak elektri ğ i ileten çö zeltilere elektrolit denir. Kuvvetli elektrolitler bir çö z ü c ü de tamamen, zay f elektrolitler k smen iyonla ş r. HCl( ç ) + H 2 O ? H 3 O + ( ç ) + Cl - ( ç ) Kuvvetli HA + H 2 O H 3 O + + A - Zay f Asit ve Bazlar n Kuvveti Kuvvetli Asitler HCl( ç ) + H 2 O ? H 3 O + ( ç ) + Cl - ( ç ) HClO 4 ? H + ( ç ) + ClO 4 - ( ç ) Zay f Asitler HA + H 2 O H 3 O + + A - [HA] O] [H ] [A O] [H K 2 - 3 ? [HA] ] [A O] [H K O] [H K - 3 a 2 ? ? Asetik asit CH 3 COOH H + + CH 2 COO - 1,8.10 -5 Karbonik asit H 2 CO 3 H + + - 3 HCO 4,3.10 -7 Dihidrojen fosfat iy onu - 4 2 PO H H + + = 4 HPO 6,2.10 -8 Borik asit H 3 BO 3 H + + - 3 2 BO H 5,8.10 -10 Kuvvetli baz Sodyum Hidroksit NaOH ? Na + + OH - Ka b ? Zay f baz Amonyak NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - 1,8 .10 -5 Suyun İ yonla ş mas H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - 2 2 - 3 O] [H ] [OH ] O [H K ? ? K [H 2 O] 2 = [H 3 O + ] [OH - ] K su = [H 3 O + ] [OH - ] = 10 -14 = X 2 X= ? H + ? = ? OH - ? = 10 -7 MpH Kavram pH = - log [H + ] pOH = - log ? OH - ? K su = [H 3 O + ] [OH - ] = 10 -14 25 0C pK su = pH + pOH = 14 Ö rnek: Hidroklorik asit çö zeltisinin deri ş imi 0,0003 M olarak verilmi ş tir. Bu çö zeltinin pH de ğerini hesaplay n z? Çö z ü m: ? H + ? = 0,0003 = 3.10 -4 M pH = - log ? H + ? = - log 3.10 -4 pH = 3,52 Ö rnek: Bir sodyum hidroksit çö zeltisinin pH de ğeri 11,7 oldu ğuna g ö re, bu çö zeltinin OH - iyon lar deri ş imi nedir? Çö z ü m: pH + pOH = 14 pOH = 14 - 11,7 = 2,3 pOH = - log ? OH - ? = 2,3 ? OH - ? = 10 -2,3 = 10 -3 .10 0,7 ? OH - ? = 5,01.10 -3 M S oru : 25°C deki 0.0024 M hidroklorik a sit çö zeltisinin [H 3 O+], pH, pOH n hesaplay n z. Ö rnek : 0.125 M CH 3 COOH çö zeltisinin H + konsantrasyonunu ve pH s n hesaplay n z. K a = 1, 8 x 10 -5 Çö z ü m: CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Konsa ntrasyon ( M ) CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - ba ş lang ç 0, 125 ---- 0 0 de ği ş im -x ---- +x +x denge 0, 125 - x ---- x x COOH] [CH ] COO [CH ] O [H K 3 - 3 3 ? ? = x - 0,125 x.x = 1, 8 x 10 -5 => x = 1 , 5 x 10 -3 pH= 2 , 82 Tampon çö zelti Z ay f asit ve zay f asitin tuzunu veya zay f bir baz ve zay f baz n tuzunu ayn anda i ç eren çö zeltilere tampon çö zelti denir. Tampon çö zeltiler seyrelme ve az miktarda kuvvetli baz ve asit ilavesine kar ş pH ta de ği ş meye diren ç g ö sterir.CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - COOH] [CH ] COO [CH ] O [H Ka 3 - 3 3 ? ? Asit CH 3 COOH H + + CH 3 COO - COOH] [CH ] COO [CH ] [H Ka 3 - 3 ? ? Asit CH 3 COO Na ? CH 3 COO - + Na + Tuz COOH] [CH ] COO [CH ] [H Ka 3 - 3 ? ? [H+] = ] COO [CH COOH] [CH Ka - 3 3 -log [H+] = -log Ka – log ] COO [CH COOH] [CH - 3 3 pH = pKa – lo g [Tuz] [Asit] p O H = pKb – log [Tuz] [Baz] Soru: 0,2 M NH 3 ve 0,01 M NH 4 Cl i ç eren tampon çö zeltisinde [H + ] ve [OH - ] konsantrasyonlar n ve, pOH ve pH de ğerlerini hesaplay n z. (NH 3 i ç in K b = 1,80 x 10 -5 ) pOH = pK b – log [Tuz] [Baz] pOH = 1,80 x 10 -5 – log [0,01] [0,2] = 4,74 -1,30 = 3,44 [OH-] = 3,63.10 -4 pH + pOH= 14 => pH= 14-3,44 = 10,56 [H+] = 2,75.10 -11 Çö z ü n ü rl ü k ve Çö z ü n ü rl ü k Ç arp m AgCl (k) Ag + + Cl - ] [AgCl ] [Cl ] [Ag K (k) - ? ? = 1 ] [Cl ] [Ag - ? = ] [Cl ] [Ag - ? K çç = ] [Cl ] [Ag - ? CaSO 4 [Ca +2 ] [SO 4 = ] = 2,0.10 -4 PbCl 2 [Pb +2 ] [Cl - ] 2 = 1,6.10 -5 PbSO 4 [Pb +2 ] [SO 4 = ] = 2,0.10 -8 CaCO 3 [Ca +2 ] [CO 3 = ] = 9,0.10 -9 BaSO 4 [Ba +2 ] [SO 4 = ] = 1,5.10 -9 Ö rnek: G ü m üş klor ü r bile ş i ğinin, AgCl, çö z ü n ü rl ü k ç arp m sabiti K çç = 1,7.10 -10 olarak verilm i ş tir. Bu durumda, doymu ş bir g ü m üş klor ü r çö zeltisinde bulunan Ag + ve Cl - iyonlar n n molar konsantrasyonlar n bulunuz. Çö z ü m: AgCl (k) Ag + + Cl - ? Ag + ? = ? CI - ? = x K çç = ? Ag + ? ? Cl - ? = 1,7.10 -10 1,7.10 -10 = (x) (x) x = 1,3.10 -5 mol/L PbCl 2 (k) Pb +2 + 2Cl - K çç = ? Pb +2 ? ? Cl - ? 2 = 1,6.10 -5 = (x) (2x) 2 = 1,6.10 -5 Problem: 200 cm 3 hacmindeki 0,1 M H 2 SO 4 çö zeltisine 300 cm 3 ve 0,3 M NaOH çö zeltisi eklenmektedir. Olu ş an yeni çö zeltideki H + ve OH - iyonlar konsantrasyonlar ile pH ve pOH de ğerlerini hesaplay n z. Çö z ü m: N ö tralle ş me reaksiyonu şö yledir. H 2 SO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + 2 H 2 O 1 mol 2 mol H 2 SO 4 mol say s : (0,1 / 1000) 200 = 0,02 mol NaOH mol say s : (0,3 / 1000) 300 = 0,09 mol Harcanan NaOH mol ü : 0,02 . 2 = 0,04 mol Artan NaOH mol ü : 0,09 - 0,04 = 0,05 mol O H - konsantrasyonu : (0,05 / 500) 1000 = 0,1 M K su = [H + ] [OH - ] = 10 -14 [H + ] = M 10 0,1 10 13 - -14 ? pH = - log [H + ] = - log 10 -13 = 13 pOH = - log [OH - ] = - log 10 -1 = 1 Problem: Hacmi 2 litre olan bir çö zeltide 5,4 gram asetik asit çö z ü nm üş olarak bulunmaktad r. A şa ğ daki denge reaksiyonunu g ö z ö n ü ne alarak, çö zeltideki [H + ] ve [OH - ] hesaplayarak çö zeltinin pH ve pOH de ğ erlerini bulunuz. Asetik asit i ç in K a = 1,8.10 -5 tir. Çö z ü m: Asetik asit ş u denge reaksiyonuna g ö re iyonla ş r. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + c - x x x mol 0,09 60 5,4 n COOH CH 3 ? ? [CH 3 COOH] = c = M 0,045 2 0,09 ? x - 0,045 x . x COOH] [CH ] [H ] COO [CH K 3 3 a ? ? ? ? = 1,8.10 -5 x = [H + ] = 9.10 -4 mol/L pH = - log 9.10 -4 = 3,05 pOH = 14 - 3,05 ? 11 [OH - ] = 10 -pH = 10 -11 mol/L Problem : Mg(OH) 2 in çö z ü n ü rl ü k ç arp m sabiti K çç = 1,2.10 -11 olarak verilmi ş tir. 4.10 -3 M MgCl 2 ve 6.10 -4 M NaOH çö zeltilerinin herbirinden 100 mL al n p kar ş t r l yor. Çö kelti olu ş ur mu? Hesaplay n z. Çö z ü m: İ ki çö zelti e ş it hacimlerde kar ş t r ld ğ za man konsantrasyonlar yar ya d üş er. Dolay s yla, [MgCl 2 ] = [Mg +2 ] = 4.10 -3 / 2 = 2.10 -3 M [NaOH] = [OH - ] = 6.10 -4 / 2 = 3.10 -4 M olacakt r. Bu durumda ş u denge tepkimesi g ö z ö n ü ne al narak hesaplama yap l r. Mg(O H) 2 (k) Mg +2 + 2 OH - K çç = [Mg +2 ] [OH - ] 2 K iyon = (2.10 -3 ) (3.10 -4 ) 2 = 18.10 -11 K iyon ? K çç oldu ğundan dolay magnezyum hidroksit çö keltisi olu ş acakt r. Sorular 1. A ş a ğ daki çö zeltilerin her birine ait [OH - ] konsantrasyonlar n bulunuz. a) pH = 0,55 c) pOH = 4,32 b) pH = 12,13 d) pOH = 12,34 2. Konsantrasyonu 0,30 M olan bir amonyak, NH 3 çö zeltisinin pH de ğerini bulunuz. K b = 1, 8.10 -5 tir. 3. 10 -3 mol CaCl 2 ve 2.10 -3 mol H 2 SO 4 beraberce çö z ü lerek 2 litre hacminde bir çö zelti haz rlan yor. CaSO 4 i ç in çö z ü n ü rl ü k ç arp m sabiti K çç = 2,0.10 -4 olarak verildi ğine g ö re, haz rlanan çö zeltide her hangi bir çö kelme olup olmayaca ğ n hesa playarak a ç klay n z.