Genel Tampon Çözeltiler ( sunu ) M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 1 TAMPON ÇÖZELT İLER Prof.Dr.Mustafa DEM İRM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 2 Tampon çözeltiler Kimyada belli pH’larda çözelti hazırlamak ve bunu uzun süre kullanmak çok önemlidir. Ancak bu çözeltilerin saklanması hazırlanmasından daha zordur. Bu tür çözeltiler HCl gibi kuvvetli asitlerden veya NaOH gibi kuvvetli bazlardan hazırlandı ğında havadaki CO 2 ten veya bulundukları cam kaplardan kolaylıkla etkilenerek pH’ları de ği şir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 3 Örne ğin çözeltinin hava ile temas etmesiy ile havadaki karbondioksiti so ğurur ve pH dü şer. Bu çözelti cam kaplarda saklandı ğında, camın eser halde de olsa çözünmesi pH yükselmesine neden olur. Az miktarda asit veya baz eklenmesinden bile önemli ölçüde etkilenmeyen çözeltilere tampon çözeltiler denir. Tampon çözeltiler, zayıf bir asit veya baz ile bunun tuzundan hazırlanır.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 4 Tampon çözelti Tampon çözelti: Konjuge asit-baz çiftinin bulundu ğu ve pH de ği şmelerine kar şı direnç gösteren çözeltilere denir. Zayıf bir asit-kuvvetli bir baz veya zayıf bir baz kuvvetli bir asit titrasyonlarında (karı şımlarında) konjuge asit/baz çifti içeren tampon çözelti olu şur.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 5 Zayıf bir asit olan asetik asit ve sodyum asetat çözeltileriyle hazırlanmı ş bir tampon çözelti dü şünelim. Buradaki denge ve denge ba ğıntısı a şa ğıdaki gibi yazılabilir. Bu ba ğıntıda da [H + ] yalnız bırakırsak yandaki ba ğıntı elde edilir.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 6 [] [ ] [] [] [] [] - + - + - + = = + ? COO CH COOH CH K x H COOH CH COO CH H K COO CH H COOH CH 3 3 3 3 3 3M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 7 Bu ba ğıntı asetik asit çözeltisinde [H + ] deri şiminin K sabitine ve ayrı şmamı ş asetik asit deri şiminin, çözeltideki toplam asetat iyonu de ği şimine ba ğlı oldu ğunu gösterir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 8 Ba şlangıçtaki asetik asit ve sodyum asetat deri şimlerinin birbirine e şit oldu ğu (Mesela her ikisinin de 0,1 olduğu) özel bir durumu dü şünelim. Bu durumda ba ğıntıdaki [CH 3 COOH]/[CH 3 COO - ] oranı “1” e e şit olaca ğından [H + ] deri şimi do ğrudan [H + ] = K olur. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 9 Dolayısıyla [CH 3 COOH] / [CH3COO - ] oranı 1’den çok farklı olmadı ğı müddetçe çözeltinin pH’ında önemli bir de ği şiklik olmaz. Çünkü böyle bir çözeltiye az miktarda asit eklenirse, denge sol yöne kayar ve fazla miktardaki asetat iyonları ile hemen asetik asit molekülünü meydana getirir. Bir ba şka deyi şle eklenen asitin etkisi azalır.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 10 Öte yandan aynı çözeltiye hidroksit iyonları eklenirse bu ortamdaki hidrojen iyonlarını nötürle ştirir. Ancak denge sa ğ yana kayar ve a şırı miktarda asetik asit molekülleri hemen iyonla şarak tekrar hidrojen iyonları meydana getirir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 11 Tampon çözeltiler [] [ ] [] [] [] [] - + - + - + = = + ? COO CH COOH CH K x H COOH CH COO CH H K COO CH H COOH CH 3 3 3 3 3 3M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 12 ÖRNEK 1: 0,01 M deri şimindeki NaAc çözeltisini pH’ı nedir?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 13 ÖRNEK 1: 0,01 M deri şimindeki NaAc çözeltisini pH’ı nedir?(1/4) Burada şüphesiz sodyum iyonunun pH’a bir etkisi yoktur. Asetat iyonu ise asetik asitin bir konjuge bazı oldu ğundan, sulu çözeltide yandaki şekilde bir dengeye neden olur. Bu dengedeki OH - deri şiminin hesaplanabilmesi için K b de ğerinin bilinmesi gerekir. Oysa tablolarda yalnız asetik asitin iyonla şmasına ait K a de ğeri verilmektedir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 14 ÖRNEK 1: 0,01 M deri şimindeki NaAc çözeltisini pH’ı nedir?(2/4) Ka ve Ksu de ğerleri ile Kb hesaplanır. K su = [H + ] [OH - ] = 1,0x10 -14 E ğer K su e şitli ği K a e şitli ğine bölünürse K b e şitli ği elde edilir. O halde genel olarak şu e şitlik yazılabilir. K a xK b = K su Problemin ikinci kısmında izlenecek yol öncekinin aynıdır.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 15 ÖRNEK 1: 0,01 M deri şimindeki NaAc çözeltisini pH’ı nedir?(3/4) [ ] [ ] [] [] [] [] [] [ ] [] [] [] [ ][] [] [] K xK K 5,6x10 1,8x10 x10 1,0 K K K K [Ac] [OH][HAc] K K HAc Ac H HAc 1 OH H Ac H OH H K K 1,0x10 ] [OH ] [H K 1,82x10 HAc Ac H K Ac OH HAc K OH HAc O H Ac su b a 10 5 14 a su b b a su a su 14 - - su 5 a b 2 = = = > - - = = = = = = = = = > - - + ? + - - - - + - + - + - + + - - + - - - - xM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 16 ÖRNEK 1: 0,01 M deri şimindeki NaAc çözeltisini pH’ı nedir?(4/4) 8,38 5,62 - 14,0 pH 5,62 pOH ) 0 -log(2,4x1 pOH ] [OH 2,4x10 X 5,6x10 X 0,01 (X)(X) ] [Ac ] [OH K OH + HAc O H + Ac 6 - - 6 - 10 b - 2 - = = › = › = › = = = - = = ? - - - x x X - 0,01 Dengede 0 0 0,01 a Ba şlangıçtM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 17 Tampon çözeltiler Bilinen tamponların birçokları zayıf asit veya bazların konjuge tuzları ile karı ştırılmasıyla elde edilirler. Konjuge tampon çözeltilerde pH, Ka de ğeri ile asit deri şiminin konjuge bazının deri şimine oranına e şittir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 18 [] [] [] - + - + = + ? COO CH COOH CH x K H COO CH H COOH CH 3 3 a 3 3M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 19 Örne ğin a şa ğıdaki bütün tamponların pH ları 4,92 dir. 0,20 M HAc/0,3 M Ac- 0,10 M HAc/0,15 M Ac- 0,020 M HAc / 0,03 M Ac- vs. Tamponlanmı ş çözeltinin pH ının tamponun bile şenlerinden ba ğımsızdır, yalnız oranı önemlidir.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 20 Tampon deri şiminin etkisi Eklenecek asit veya bazın, tampon tarafından absorplanması sonucu, pH da görülecek de ği şme tampon bile şenlerinin deri şimine ba ğlıdır. Örne ğin 0,20 M HAc / 0,3 M Ac- şeklinde hazırlanmı ş ve pH’ı 4.92 olan tampon çözeltiye 10 ml 10 M HCl ekledi ğimizde pH 4,56 olurdu ki 0,36 birimlik de ği şiklik ço ğu kez kabul edilebilir sınırlar içinde olabilir. Ödev: 10 mL 12 M HCl eklendi ğindeki pH de ğerini BulunuzM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 21 Tampon deri şiminin etkisi Ancak biyokimyasal bir ortam söz konusu oldu ğunda bu fark önemli olabilir. Bu durumda yeni bir tampon çözelti hazırlanması gerekir. Örne ğin yukarıdaki tampon çözelti 0,2 M HAc/0,3 M Ac- şeklinde de ğilde 0,8 M HAc/1,2 M Ac- şeklinde hazırlansaydı ve yine 10 ml 10 M HCl eklenseydi, HCl eklenmeden önceki pH = 4,917 iken, HCl eklendikten sonraki pH = 4,827 olurdu Görüldü ğü gibi bu durumda pH daki de ği şme ancak 0,089 kadardır ki 0,36 farka göre oldukça dü şüktür. Ödev: Yukarıdak soruyu 0,6 M HAc/0,9 M Ac- için çözünüzM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 22 Tampon deri şiminin etkisi-3 4,56 pH 2,37x10 ] [H 0.2 (0,3) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H ? 0,1 - 0,3 0,1 0,2 sonra 1,2x1 0,3 0,2 önce H - Ac HAc n, olaca ğlaca M 0,1 deri şeri HCl nde seyrelti ğe litreye 1 HCl M 10 ml 10 5 - 5 a 5 - = › = = = + + ? + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 23 Tampon deri şiminin etkisi-4 sonra) en (eklendikt 4,827 pH 1,489x10 ] [H 1,1 1,82x0,9 ] [Ac [HAc] K ] [H 1 0 2 1 1 0 8 0 dengede 2 1 0,8 a ba şa şlangı - Ac H Hac önce) n (eklenmede 4,917 pH 1,21x10 ] [H 1,2 (0,8) 1,82x10 ] [H 5 - a 5 - 5 = = = = , - , ? , + , , + ? = = = + - + + + - +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 24 Tampon deri şiminin etkisi-5 Eklenecek asit veya bazın, tampon tarafından absorplanması sonucu, pH da görülecek de ği şme tampon bile şenlerinin deri şimine ba ğlıdır. Örne ğin 0,20 M HAc / 0,3 M Ac- şeklinde hazırlanmı ş ve pH’ı 4.92 olan tampon çözeltiye 10 ml 10 M HCl ekledi ğimizde pH 4,56 olurdu ki 0,36 birimlik de ği şiklik ço ğu kez kabul edilebilir sınırlar içinde olabilir. Ancak biyokimyasal bir ortam söz konusu oldu ğunda bu fark önemli olabilir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 25 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 26 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız. Saf suyun ilk pH’sının7 o l a c a ğı do ğaldır. 1 ml 0,1 M HCl’in 1000 ml’ye eklenmesi demek, yakla şık 1000 kez seyreltilmesi demektir. Dolayısıyla hidrojen iyonu deri şimi 0,00001 M veya pH = 4 olur. Yani pH 7’den 4’e iner. Asetik asit tamponunda HCl eklenmeden önceki pH = 4,9160 dir.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 27 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız. HCl eklendikten HAc dengesinde, Le Chatelier ilkesine göre ortalama eklenen H + e şitli ğinin sola kaymasına yani eklenen H + kadar HAc olu şumuna neden olacaktır. HCl, zayıf bir baz (Ac - ) içeren çözeltiye eklendi ğine göre, protonun büyük bir kısmı tüketilecek ve denge tekrar kurulacaktır. 1 ml HCl, 10 -4 M H + verdi ğinden ve bu da 1,0x10 -4 M Ac - ile tepkimeye girip aynı miktarda HAc olu şumuna neden olaca ğından, pH=4,9156 olur.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 28 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız. Görüldü ğü gibi aynı miktarda HCl saf suya eklendi ğinde pH da 3 birimlik bir azalma olurken (pH 7’den pH 4’e) tamponlanmı ş çözeltide ancak 0,0004 birimlik bir azalmaya neden olmaktadır ki buna ölçülemeyecek kadar küçük bir de ğer denilebilir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 29 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız. 4,9160 pH ) (1,2x10 log - pH 1,2x10 0,3 (0,20) 1,8x10 ] [H ] [Ac [HAc] K ] [H [HAc] ] ][H [Ac K 5 - 5 5 a a = › = = = = = - - + - + + -M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 30 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız. 4,9156 pH ) (1,21x10 log - pH 1,21x10 0,2999 x0,20001 1,82x10 ] [H 0,0001 0,3 0,0001) (0,2 1,8x10 ] [Ac [HAc] K ] [H ? 1,0x10 - 0,3 1,0x10 0,2 sonra ekl. HCl 1,2x10 0,3 0,2 önce H - Ac HAc 5 - 5 5 5 a 4 - 4 - 5 - = › = = = - + = = + + + ? - - + - - +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 31 ÖRNEK 2: 1 litre saf suya 1 ml 0,1 M HCl eklenmesiyle pH da görülen de ği şim ile 0,2 M HAc ve 0,3 M NaAc içeren tamponlanmı ş yine 1 litre çözeltiye aynı miktarda HCl eklenmesiyle pH da görülecek de ği şimi kar şıla ştırınız.(tam) Saf suyun ilk pH’sının7 o l a c a ğı do ğaldır. 1 ml 0,1 M HCl’in 1000 ml’ye eklenmesi demek, yakla şık 1000 kez seyreltilmesi demektir. Dolayısıyla hidrojen iyonu deri şimi 0,00001 M veya pH = 4 olur. Yani pH 7’den 4’e iner. Asetik asit tamponunda HCl eklenmeden önceki pH = 4,9160 dir. HCl eklendikten HAc dengesinde, Le Chatelier ilkesine göre ortalama eklenen H + e şitli ğinin sola kaymasına yani eklenen H + kadar HAc olu şumuna neden olacaktır. HCl, zayıf bir baz (Ac - ) içeren çözeltiye eklendi ğine göre, protonun büyük bir kısmı tüketilecek ve denge tekrar kurulacaktır. 1 ml HCl, 10 -4 M H + verdi ğinden ve bu da 1,0x10 -4 M Ac - ile tepkimeye girip aynı miktarda HAc olu şumuna neden olaca ğından, pH=4,9156 olur. Görüldü ğü gibi aynı miktarda HCl saf suya eklendi ğinde pH da 3 birimlik bir azalma olurken (pH 7’den pH 4’e) tamponlanmı ş çözeltide ancak 0,0004 birimlik bir azalmaya neden olmaktadır ki buna ölçülemeyecek kadar küçük bir de ğer denilebilir. 4,9160 pH ) (1,2x10 log - pH 1,2x10 0,3 (0,20) 1,8x10 ] [H ] [Ac [HAc] K ] [H [HAc] ] ][H [Ac K 5 - 5 5 a a = › = = = = = - - + - + + - 4,9156 pH ) (1,21x10 log - pH 1,21x10 0,2999 x0,20001 1,82x10 ] [H 0,0001 0,3 0,0001) (0,2 1,8x10 ] [Ac [HAc] K ] [H ? 1,0x10 - 0,3 1,0x10 0,2 sonra ekl. HCl 1,2x10 0,3 0,2 önce H - Ac HAc 5 - 5 5 5 a 4 - 4 - 5 - = › = = = - + = = + + + ? - - + - - +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 32 ÖRNEK 3: 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 33 ÖRNEK 3: 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir? 10 ml 6 M HAc + 20 ml 6 M KAc = 30 ml çözelti. Toplam hacim 30 ml oldu ğuna göre HAc 1/3 kez, Ac ise 2/3 kez seyreltilmi ş demektir. O halde HAc ve KAc nin son deri şimleri 6x(1/3)=2 M HAc; 6x(2/3)= 4 M KAc olur. pH=5,041 olarak hesaplanır.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 34 ÖRNEK 3: 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesiyle. HAc ve Ac- 1/10 oranında seyreltilmi ş demektir. Yani. [HAc] = 0,2 M [Ac-] = 0,4 M olur. pH = 5,041 olarak hesaplanır. Görüldü ğü gibi pH da bir de ği şiklik olmamı ştır. c) 1 ml 6 M HCl 100 ml’ye seyreltilmektedir. O halde son deri şimi 100 kez seyrelmi ştir. Yani 6/100 = 0,06 M olmu ştur, Öte yandan eklenen HCl, aynı miktarda HAc olu şumunu sa ğlayacaktır. Bu durumda pH = 4,856 olarak hesaplanırM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 35 ÖRNEK 3: 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir? 5,041 pH 9,1x10 ] [H 0,4 (0,2) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H 5,041 pH 9,1x10 4 (2) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H 4 ? 0,2 - Ac H HAc 6 - 5 a 6 5 a = › = = = = = = = + ? + - - + - - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 36 ÖRNEK 3: 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir? 4,856 pH 1,39x10 ] [H 0,34 (0,26) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H ? 5 - 1,82x10 0,06 0,2 Sonra 0,4 0,2 Önce - Ac H HAc 5 - 5 a = › = = = + + ? + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 37 ÖRNEK 3 : 10 ml 6 M HAc ve 20 ml 6 M KAc nin karı ştırılmasıyla bir tampon çözelti hazırlanmı ştır. a) Bu çözeltinin pH’ı nedir? b) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 100 ml’ye seyreltilmesi sonunda pH ne olur? c) Bu çözeltinin 10 ml’sinin 1 ml 6 M HCl ile karı ştırılıp 100 ml’ye seyreltilmesi sonun da pH nedir?(tam) 10 ml 6 M HAc + 20 ml 6 M KAc = 30 ml çözelti. Toplam hacim 30 ml oldu ğuna göre HAc 1/3 kez, Ac ise 2/3 kez seyreltilmi ş demektir. O halde HAc ve KAc nin son deri şimleri 6x(1/3)=2 M HAc; 6x(2/3)= 4 M KAc olur. pH=5,041 olarak hesaplanır. b) Bu çözeltinin 10 ml sinin 100 ml ye seyreltilmesiyle. HAc ve Ac- 1/10 oranında seyreltilmi ş demektir. Yani. [HAc] = 0,2 M [Ac-] = 0,4 M olur. pH = 5,041 olarak hesaplanır. Görüldü ğü gibi pH da bir de ği şiklik olmamı ştır. c) 1 ml 6 M HCl 100 ml’ye seyreltilmektedir. O halde son deri şimi 100 kez seyrelmi ştir. Yani 6/100 = 0,06 M olmu ştur, Öte yandan eklenen HCl, aynı miktarda HAc olu şumunu sa ğlayacaktır. Bu durumda pH = 4,856 olarak hesaplanır 5,041 pH 9,1x10 ] [H 0,4 (0,2) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H 5,041 pH 9,1x10 4 (2) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H 4 ? 0,2 - Ac H HAc 6 - 5 a 6 5 a = › = = = = = = = + ? + - - + - - - + + 4,856 pH 1,39x10 ] [H 0,34 (0,26) 1,82x10 ] [Ac [HAc] K ] [H ? 5 - 1,82x10 0,06 0,2 Sonra 0,4 0,2 Önce - Ac H HAc 5 - 5 a = › = = = + + ? + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 38 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 39 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(1/7) a)Ba şlangıçtaki pH’ı do ğrudan denge sabitinden bulunabilir ve pH = 4,7399 olarak hesaplanır. b) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 ml eklenirse litresine 0,1 molar asit ekleniyor demektir. Bu asit, e şit miktarda asetat iyonu asetik asite dönü ştürecektir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 40 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(2/7) Dolayısıyla (CH 3 COO-) deri şimi ise 0,9 M olacaktır. pH = 4,6528 olarak hesaplanır Görüldü ğü gibi litrelik çözeltiye 0,1 molar asit eklenmesiyle pH’ı 0,0871 birim de ği şmektedir. Oysa aynı miktarda asit saf suya eklenseydi pH 7’den 1’e dü şerdi. Yani 6 birimlik bir de ği şme olurdu.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 41 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(3/7) c) Çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol baz eklendi ğine göre litresine 0,1 mol ekleniyor demektir. Bu baz, e şit miktardaki protonla su meydana getirirken, aynı miktarda asit iyonla şarak tekrar asit ve asetat iyonlarını meydana getirecektir. Dolayısıyla asetik asit miktarı 0,1 mol azalmı ş, asetat miktarı ise 0,1 mol artmı ş olacaktır. pH = 4,8270M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 42 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(4/7) Burada da pH’daki de ği şim 0,0871 birimdir. Oysa aynı miktardaki baz saf suya eklenseydi pH 7 den 3’e çıkardı. Yani 3 birim olurdu.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 43 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(5/7) 4,7399 pH 1,82x10 ] [H oldu ğldu ğu M 1,0 COOH] M[CH 1,0 ] COO [CH 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K COO CH H COOH CH 5 - 3 - 3 5 3 3 a - 3 3 = › = = = = = + ? + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 44 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(6/7) 4,6528 = pH 2,22x10 = ] [H 0.9 1.1 x 1,82x10 ] [H 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K 0,9 X 1,1 sonra ekl. H 1,0 1,82x10 1,00 önce COO CH H COOH CH 5 - + 5 - 5 3 3 5 - - 3 3 = = = + ? + - - + + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 45 ÖRNEK 4: 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(7/7) 4,8270 pH 1,489x10 ] [H 1,1 0,9 x 1,82x10 ] [H 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K 1,1 X 0,9 sonra ekl. OH 1,0 1,82x10 1,0 önce COO CH H COOH CH 5 - 5 - 5 3 3 5 - - 3 3 = › = = = = + ? + + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 46 ÖRNEK : 1,0 M asetik asit ve 1,0 M sodyum asetat içeren bir tampon çözeltinin a) pH’ ı nedir? b) Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol HCl eklendi ğinde pH’ı ne olur? C )Bu çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol NaOH eklendi ğinde pH’ı ne olur?(TAM) a)Ba şlangıçtaki pH’ı do ğrudan denge sabitinden bulunabilir ve pH = 4,7399 olarak hesaplanır. b) Çözeltinin 100 ml sine 0,01 ml eklenirse litresine 0,1 molar asit ekleniyor demektir. Bu asit, e şit miktarda asetat iyonu asetik asite dönü ştürecektir. Dolayısıyla (CH3COO-) deri şimi ise 0,9 M olacaktır. pH = 4,6528 olarak hesaplanır Görüldü ğü gibi litrelik çözeltiye 0,1 molar asit eklenmesiyle pH’ı 0,0871 birim de ği şmektedir. Oysa aynı miktarda asit saf suya eklenseydi pH 7’den 1’e dü şerdi. Yani 6 birimlik bir de ği şme olurdu. c) Çözeltinin 100 ml’sine 0,01 mol baz eklendi ğine göre litresine 0,1 mol ekleniyor demektir. Bu baz, e şit miktardaki protonla su meydana getirirken, aynı miktarda asit iyonla şarak tekrar asit ve asetat iyonlarını meydana getirecektir. Dolayısıyla asetik asit miktarı 0,1 mol azalmı ş, asetat miktarı ise 0,1 mol artmı ş olacaktır. pH = 4,8270 olur Burada da pH’daki de ği şim 0,0871 birimdir. Oysa aynı miktardaki baz saf suya eklenseydi pH 7 den 3’e çıkardı. Yani 3 birim olurdu. 4,7399 pH 1,82x10 ] [H oldu ğldu ğu M 1,0 COOH] M[CH 1,0 ] COO [CH 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K COO CH H COOH CH 5 - 3 - 3 5 3 3 a - 3 3 = › = = = = = + ? + - - + + 4,6528 = pH 2,22x10 = ] [H 0.9 1.1 x 1,82x10 ] [H 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K 0,9 X 1,1 sonra ekl. H 1,0 1,82x10 1,00 önce COO CH H COOH CH 5 - + 5 - 5 3 3 5 - - 3 3 = = = + ? + - - + + + 4,8270 pH 1,489x10 ] [H 1,1 0,9 x 1,82x10 ] [H 1,82x10 COOH] [CH ] COO ][CH [H K 1,1 X 0,9 sonra ekl. OH 1,0 1,82x10 1,0 önce COO CH H COOH CH 5 - 5 - 5 3 3 5 - - 3 3 = › = = = = + ? + + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 47 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 molNaOHe k lendi ğinde pH de ği şimi ne olur?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 48 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendi ğinde pH de ği şimi ne olur?(1/4) Çözüm için uygulanacak yol asit örne ğindekinin aynısıdır. a) [NH 4 OH] = [NH 4 + ] = 0,1 M oldu ğuna göre [OH - ] = 1,8x10 -5 pOH = 4,739 pH = 9,261 b) Çözeltiye 0,1 M asit eklendi ğinde aynı miktarda OH - tüketilecek fakat aynı miktarda NH 4 OH de ayrı şarak NH 4 + ve OH - verecektir. Dolayısıyla [NH 4 OH] deri şimi 0,9 M, [NH 4 + ] deri şimi ise 1,1 M olacaktır. pOH = 4,827 pH = 9,173M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 49 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendi ğinde pH de ği şimi ne olur?(2/4) pH de ği şimi 0,088 birimdir. c) Çözeltiye 0,1 mol baz eklendi ğinde ortamdaki amonyum iyonlarının miktarı ile NH 4 OH olu şumunu sa ğlayacaktır. Dolayısıyla [NH4OH] deri şimi 1,1 M [NH 4 + ] deri şimi ise 0,9 M olacaktır. [OH - ] = 2,22x10 -5 pOH = 4,65 pH = 9,35 pH de ği şimi yine 0,9 birimdir. Oysa aynı miktarda asit veya baz suya eklenseydi 6 birimlik pH de ği şimi olurdu.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 50 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendi ğinde pH de ği şimi ne olur?(3/4) 9,261 pH 4,739 pOH 1,82x10 ] [OH göre oldu ğldu M 0,1 ] [NH OH] [NH 1,82x10 OH] [NH ] ][OH [NH K OH NH OH NH 5 - - 4 4 5 4 4 - 4 4 = › = › = = = = = + ? + - - + +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 51 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendi ğinde pH de ği şimi ne olur?(4/4) 9,348 pH 4,652 pOH 2,224x10 ] [OH 0,9 1,1 x 1,82x10 ] [OH 9,173 pH 4,827 pOH 1,489x10 ] [OH 1,1 0,9 x 1,82x10 ] [OH 5 - - 5 5 - - 5 = › = = = = › = = = - - - -M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 52 ÖRNEK 5: 1,0 M deri şimde NH 4 OH ve 1,0 M deri şimde NH 4 + iyonları içeren bir çözeltinin pH’ı nedir. Bu çözeltinin litresine 0,1 mol HCl ve 0,1 mol NaOH eklendi ğinde pH de ği şimi ne olur?(TAM) Çözüm için uygulanacak yol asit örne ğindekinin aynısıdır. a) [NH 4 OH] = [NH 4 + ] = 0,1 M oldu ğuna göre [OH - ] = 1,8x10 -5 pOH = 4,739 pH = 9,261 b) Çözeltiye 0,1 M asit eklendi ğinde aynı miktarda OH - tüketilecek fakat aynı miktarda NH 4 OH de ayrı şarak NH 4 + ve OH - verecektir. Dolayısıyla [NH 4 OH] deri şimi 0,9 M, [NH 4 + ] deri şimi ise 1,1 M olacaktır. pOH = 4,827 pH = 9,173 pH de ği şimi 0,088 birimdir. c) Çözeltiye 0,1 mol baz eklendi ğinde ortamdaki amonyum iyonlarının miktarı ile NH 4 OH olu şumunu sa ğlayacaktır. Dolayısıyla [NH4OH] deri şimi 1,1 M [NH 4 + ] deri şimi ise 0,9 M olacaktır. [OH - ] = 2,22x10 -5 pOH = 4,65 pH = 9,35 pH de ği şimi yine 0,9 birimdir. Oysa aynı miktarda asit veya baz suya eklenseydi 6 birimlik pH de ği şimi olurdu. 9,261 pH 4,739 pOH 1,82x10 ] [OH göre oldu ğldu M 0,1 ] [NH OH] [NH 1,82x10 OH] [NH ] ][OH [NH K OH NH OH NH 5 - - 4 4 5 4 4 - 4 4 = › = › = = = = = + ? + - - + + 9,348 pH 4,652 pOH 2,224x10 ] [OH 0,9 1,1 x 1,82x10 ] [OH 9,173 pH 4,827 pOH 1,489x10 ] [OH 1,1 0,9 x 1,82x10 ] [OH 5 - - 5 5 - - 5 = › = = = = › = = = - - - -M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 53 Tampon çözeltiler Handerson-Hasselbalch E şitli ği Yukarıda asit veya baz örnekleri ile açıklamaya çalı ştı ğımız çözeltileri daha genel ifadelerle tanımlamak mümkündür. Örne ğin tampon çözeltinin HA gibi zayıf bir asitten hazırladı ğını dü şünelim. Bu asit ile ilgili iyonla şma dengesi ve denge ba ğıntısından ba ğıntı türetilebilir. M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 54 ] [ ] [ log - pK pH ] [ ] [ log - K log - ] -log[H ) ] [ ] [ log K (log - ] log[H - ] [ ] [ K log - ] -log[H ] [ ] [ ] [ ] [ ] ][ [ - - A H HA - - - + - + - + - + - + + = = > - - + = = > - - = = > + ? A HA A HA A HA A HA A HA K H HA A H KM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 55 Tampon çözeltilerin pH larının hesaplanmasında oldukça faydalı olan bu ba ğıntıyı sözlü olarak şu şekilde tanımlayabiliriz. Bir zayıf asit ile onun tuzundan meydana gelen bir tampon çözeltinin pH ısı, asitin denge sabitinin eksi logaritmasından asitin molar deri şiminin tuzun molar deri şimine oranının logaritmasının çıkarılmasıyla bulunur. Yukarıdaki ba ğıntıyı daha genel bir ifade ile de yazılabilir.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 56 Handerson-Hasselbach E şitli ği - + + ? A H HA ] [ ] ][ [ HA A H K a - + = ] [ ] [ ] [ - + = A HA K H a ? ? ? ? ? ? ? ? = - + ] [ ] [ log ] log[ A HA K H aM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 57 ? ? ? ? ? ? ? ? + - = - - + ] [ ] [ log log ] log[ A HA K H a ( ) ] [ ] log[ log ] log[ - + - + - = - A HA K H a ] log[ ] log[ log - + - - = A HA K pH a ] log[ ] log[ HA A pK pH a - + = -M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 58 Handerson-Hasselbalch E şitli ği ] [ ] [ log HA A pK pH a - + =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 59 Handerson-Hasselbalch E şitli ği [Tuz] [Asit] log - pK pH =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 60 Tampon çözeltilerin etkin olabilmesi için molekül halindeki bile şen ile (asit veya baz) iyonik bile şenin (tuzun) 10/1 ile 1/10 aralı ğında olmalıdır. Bu de ğerler yerine konursa, genel bir ba ğıntı elde edilir.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 61 1 pKb pOH 1 pK pH 1 pK 1 10 log - pK pH 1 pK 10 1 log - pK pH a ± = ± = - = = + = =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 62 ÖRNEK 6: PH = 4,5 olan bir asetik asit sodyum asetat tampon çözeltisini hazırlamak için [HAc] ve [Ac - ] deri şimleri ne olmalıdır?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 63 ÖRNEK 6: PH = 4,5 olan bir asetik asit sodyum asetat tampon çözeltisini hazırlamak için [HAc] ve [Ac - ] deri şimleri ne olmalıdır? 0,575 3,16x10 1,8x1 [HAc] ] [Ac 1,8x10 [HAc] ] ][Ac [H K Ac H HAc M 3,16x10 ] [H 4,5 pH 5 5 5 - -5 = = = = + ? = › = - - - - - + + + O halde [Ac-]/[HAc] oranını 0,575 verecek herhangi bir karı şımın pH’ı 4,5 olacaktır. Örne ğin [HAc]= 0,575 M ve [Ac - ] = 1 M veya [Ac - ] = 1,15 M ve [HAc] = 2 M veya [Ac - ] = 0,2875 M ve [HAc] = 0,5 M birer çözümdür.M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 64 Örnek:7 0,4 M formik asit ve 0,1 M sodyum formiyat içeren çözeltinin pH de ğeri nedir?M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 65 Örnek:7 0,4 M formik asit ve 0,1 M sodyum formiyat içeren çözeltinin pH de ğeri nedir? X 1,0 X X - 0,4 1,0 0 0,4 Baslang HCOO O H O H HCOOH 3 2 + + ? + - + 4 3 10 8 , 1 ] [ ] ][ [ - - + × = = HCOOH HCOO O H KaM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 66M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 67 0 , 1 ] [ ] [ . . = ? + - - HCOO X HCOO i kontrol Yaklast Dogru › ? × + - 0 , 1 10 2 , 7 0 , 1 5 4 , 0 ] [ ] .[ = ? - HCOOH X HCOOH ii Dogru › ? × - - 4 , 0 10 2 , 7 4 , 0 5M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 68 ÖRNEK 8 0,20 M NH 3 ve 0,30 M NH 4 Cl içeren bir çözeltinin 400 ml’sine; a. 100 ml 0,05 M NaOH eklendi ğinde, b. 100 ml 0,05 M HCl eklendi ğinde, pH ne olur?, K a = 5,7x10 -10M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 69 Çözüm a) NH 3 çözeltisine NaOH eklendi ğinde gere ğince bir kısmı NH 3 ’e dönü şür. 100 ml NaOH eklendi ğinde ortamdaki toplam NH 3 deri şimi veNH 4 Cl deri şimi; O H NH OH NH 2 3 4 + ? + - +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 70 M C NH 17 , 0 100 400 05 , 0 100 2 , 0 400 3 = + × + × = M C NH 23 , 0 100 400 05 , 0 100 3 , 0 400 3 = + × - × =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 71 dengesi, iyonl. NH 4 + + + + ? + O H NH O H NH 3 3 2 4 10 4 3 3 10 7 , 5 ] [ ] ][ [ - + + × = = NH O H NH Ka ] [ ] [ ] [ 3 4 3 NH NH K O H a + + =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 72 konursa, yerine degerler yukardaki 170 , 0 230 , 0 10 70 , 5 ] [ 10 3 · × = - + O H 10 3 10 71 , 7 ] [ - + × = O H 11 , 9 = pH e 9,11' den 9,07 ?pH de ği şimi pH = = 0,04 ?pH =M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 73 de eklendigin HCl ml 100 b) O H NH O H NH 2 4 3 3 + ? + + + M C NH 15 , 0 100 400 05 , 0 100 2 , 0 400 3 = + × - × = M C NH 25 , 0 100 400 05 , 0 100 3 , 0 400 4 = + × + × = +M.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 74 150 , 0 250 , 0 10 70 , 5 ] [ ] [ ] [ 10 3 4 3 - + + × ? = NH NH K O H a 10 3 10 50 , 9 ] [ - + × = O H 02 , 9 = pH 05 , 0 02 , 9 07 , 9 = - = ?pH 05 , 0 = ?pHM.DEM İR 09-TAMPON ÇÖZELT İLER 75 Tampon Kapasitesi Bir çözeltinin tampon kapasitesi bu çözeltinin 1,00 litresine eklendi ğinde pH de ğerini 1,0 birim de ği ştiren kuvvetli asit veya kuvvetli bazın mol sayısı olarak tanımlanır. Asitin deri şiminin konjuge bazın deri şimine oranı ‘1’ den büyük veya küçük de ğerlere gittikçe tampon kapasitesindeki dü şme artar. Kullanılabilir bir kapasiteye sahip bir tamponun pH’ı hazırlandı ğı asitin pK a de ğerinin ±1 kadar civarıdır.