ASİTLER ve BAZLAR

 

 

01. Asit ve Bazların Tanımı

02. Suda Asit ve Baz Dengeleri

03. Suyun İyonlaşma Sabiti ve pH           

   03.01. Kuvvetli Asitler ve Kuvvetli Bazların pH

   03.02. Zayıf Asitler ve Zayıf Bazların  pH

   03.03. Poliprotik Asitler ve pH

   03.04. Tampon Çözeltiler

04. Asit veya Bazların Titrasyon Eğrileri

   04.01. Kuvvetli Bir Asidin Kuvvetli Bir Bazla Titrasyonu

   04.02. Zayıf Bir Asidin Kuvvetli Bir Bazla Titrasyonu  

   04.03. Kuvvetli Asit ve Zayıf Asit Bulunan Bir Çözeltinin Kuvvetli Bazla Titrasyonu

 

01. Asit ve Bazların Tanımı

 

Asitler yapısında hidrojen bulunan ve sudaki çözeltisine hidrojen iyonu (H+) veren maddelerdir. En belirgin özellikleri ekşi tatda olmaları ve asit-baz indikatörü denilen bazı organik boya maddelerinin rengini değiştirmeleridir. Örneğin turnusolün mavi rengi asitle kırmızıya dönüşür. Örnek olarak hidroklorik asit, HCl, verebiliriz.

 

 

Bazlar yapısında hidroksil bulunan ve sudaki çözeltisine hidroksil iyonu (OH-) veren maddelerdir. Elde kayganlık hissi uyandıran ve yine asit-baz indikatörlerinin rengini değiştiren maddelerdir. Örneğin turnusolün kırmızı rengi bazlarla maviye dönüşür.

 

Örnek olarak sodyum hidroksit, NaOH, verilebilir.

 

 

 Asit ve bazlar birleşerek birbirlerini nötralleştirip su verir.

 

 

 

Diğer bir tanıma göre asitler proton veren, bazlar ise proton alan maddelerdir.

 

 

Yukarıdaki tepkimede HCl, proton verdiğine göre asit, H2O ise proton aldığına göre bazdır. HCl ve H2O arasındaki tepkime sonucunda konjüge asit ve bazlar oluşur. Ancak H+ iyonunun suda serbest halde bulunması olası değildir. Su molekülleriyle sarılması beklenir. Yaklaşık dokuz su molekülüyle sarılan H+ iyonu, bunlardan birisi ile de sıkıca bağlanır. Dolayısıyla suda, H+ yerine daima H3O iyonundan söz etmek gerekir ve bu iyona hidronyum iyonu denir. Arrhenius' a göre baz olması beklenmeyen amonyak çözeltisi bu tanıma göre bazdır, bu da aşağıdaki tepkime ile verilebilir.

    

 

 

NH3  +  H2O   NH4+  +  OH-     

baz(1)  asit(2)          konjüge   konjüge

                                asit(1)      baz(2)      

 

Yukarıdaki tepkimeye bakacak olursak, NH3 proton aldığı için baz, H2O ise proton verdiği için asittir. Aynı zamanda NH4, NH3 ün konjüge asidi, OH- ise H2O nun konjüge bazıdır..

 

HCl ve NH3 örnekleriyle reaksiyona giren su molekülü, HCl’ye  karşı baz olarak (proton alan), NH3’ e karşı ise su asit olarak (proton veren) davranmaktadır. Buda su molekülünün reaksiyona girdiği maddeye göre asit veya baz olarak davrandığını gösterir. Bu tür maddelere amfiprotik maddeler denir.

Amfiprotik maddelere örnek olarak H2O, ROH, HCO3-, H2PO4-, HPO42- verilebilir.

 

Lewis' e göre ise asit elektron çifti alan, baz ise elektron çifti verebilen maddedir. Baz grubuna genellikle elektron verebilen oksijen veya azot içeren maddeler girer. Diğer taraftan hidrojen içermeyen maddeler asit olabilir. Örneğin bor triflorür, BF3, bir asittir, çünkü elektron eksikliği vardır ve bunu tamamlamak ister. Öte yandan NH3 veya diğer azotlu maddelerde ortaklanmamış elektron çiftleri bulunur, dolayısıyla bazdır.

 

02. Suda Asit ve Baz Dengeleri


Bir asit veya baz suda çözüldüğünde iyonlaşır (dissosiye olur). İyonlaşmanın derecesi asit veya bazın kuvvetiyle ilişkilidir. Kuvvetli bir asit tamamen iyonlaşır, zayıf bir asit ise kısmen iyonlaşır. Aynı durum bazlar için de geçerlidir.

 

HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4 ve H2SO4 gibi asitler kuvvetli asitlerdir.

 

Zayıf asit ve bazlar ise suda kısmen iyonlaşırlar. Bir tek H+ iyonu verebilen zayıf bir asit HA genel formülü ile gösterilir. Su ile olan reaksiyonu da aşağıdaki gibidir.

 

HA   +   H2O  H3O+   +   A-

 

 

Bu reaksiyonun denge sabiti şu şekilde gösterilir.

 

Kdenge = (Çıkan Ürünler)/ (Giren Ürünler)

 

Kdenge = ([H3O+] [A-]) / ([HA] [H2O])

 

Suyun derişimi sabit olduğu için aşağıdaki ifade şu şekilde kullanılır.

 

Kdenge . [H2O] = ([H3O+] [A-]) / [HA]  = Ka

 

Ka denge sabitine asitlik sabiti denir.

 

Aynı şekilde tek proton alabilen zayıf bir bazı B genel formülüyle gösterilir.

 

B   +   H2O  BH+   +   OH-

 

 Denge sabiti aşağıdaki

 

Kdenge = ([BH+] [OH-]) / ([B] [H2O]

 

veya

 

Kdenge . [H2O] = ([BH+] [OH-]) / [B]  = Kb

 

Kb denge sabitine bazlık sabiti denir.

 

 

 

03. Suyun İyonlaşma Sabiti ve pH

 

 Suyun iyonlaşma dengesini aşağıdaki şekilde göstermek mümkündür.

 

H2O   +   H2O   H3O+   +   OH-

 

Kdenge = ([H3O+] [OH-]) / ([H2O]2

 

Kdenge . [H2O]2 = [H3O+] [OH-]  = Ksu

 

25°C da Ksu nın değeri 1,00.10-14 dür. Sıcaklık arttıkça iyonlaşma yüzdesi artacağından Ksu  yükselir. Saf suda hidronyum ve hidroksit iyonu derişimlerinin aynı olacağı kesindir, dolayısıyla

 

[H3O+] = [OH-]

 

Ksu = [H3O+]2 = [OH-]2

 

[OH-] = [H3O+] = (1,00.10-14) 1/2 = 1,00.10-7 M dir.

 

Sulu ortamda asitlik veya bazlık derecesini pH kavramı ile belirtilir. Ve

 

pH = -log [H3O+]

 

pOH = -log [OH-]

 

şeklinde ifade edilir.

 

pKsu = -log Ksu

 

pKa = -log Ka

 

pKb = -log Kb dir.

 

25oC da saf suda

 

pH + pOH = 14

 

pH değeri 0-7 olan çözeltiler asidik, 7-14 olan çözeltiler ise baziktir.

 

 

03.01. Kuvvetli Asitler ve Kuvvetli Bazların pH

 

Derişimi 1x10-6 M dan daha büyük kuvvetli asit  çözeltilerinde kuvvetli asit veya kuvvetli baz tamamen iyonlaştığı için derişimi, H3O+(hidronyum) iyonu veya OH- (hidroksit) iyonu derişimine eşittir.

 

pH = -log CA dır. 

 

 

Örnek:

 

0,05 M HCl çözeltisinin pH sını bulunuz.

 

Çözüm:  

 

 

[H3O+] = [HCl] = 0,05 M

 

pH = -log 0,05 =  1,30 

 


Aynı durum kuvvetli bazlar için de geçerlidir.

 

pOH = -log CB dir.

 

Derişimin 10-6 M dan küçük olması durumunda suyun iyonlaşma etkisini göz önüne alacağımızdan çözeltideki OH- derişimi için aşağıdaki eşitliliği yazmamız gerekir.

 

[OH-] = CB  +  [OH-]su

 

[OH-]su = [H3O+]su = C olduğundan

 

Ksu = (CB+C) . C = 1,00.10-14

 

C2 + CB . C – 1,00.10-14 = 0 dır.

 

Bu eşitliğin çözümü ile C yani sudan gelen hidroksit iyonu derişimi bulunur, CB ye eklenerek çözeltideki hidroksit derişimine geçilir ve pOH hesaplanır.

 

 

Örnek:

 

100 ml 0,050 M NaOH ile 100 ml 0,020 M Ca(OH)2 çözeltileri karıştırılıyor. Elde edilen çözeltinin pOH ve pH değerleri nedir?

 

Çözüm:

 

 

    0,05                        0,05     0,05

 

   0,020                  0,020   2x(0,020)

 

İki tane ayrı baz  çözeltisinin karıştırılması ile oluşan yeni çözeltide hidroksit iyonu derişimi şöyle bulunur.

 

Çözeltideki toplam OH- iyonu, NaOH ve  Ca(OH)2 tarafından verilir. Her iki çözeltiden 100’er mL alındığından çözeltinin son hacmi 200 mL olur.

 

M = n/V formülünde hacim değiştiği için molarite de değişecek. Öncelikle M x V formülünden yeni mol sayısı (n) bulunur. Daha sonra bu mol sayısı (n) toplam hacime (V) bölünerek yeni derişim bulunur.

  

 

[OH-] = (100 x 0, 050+ 100 x 0, 040) / 200 = 4,50.10-2 M

 

pOH = -log 4,50.10-2 = 2-log 4,50 = 2-0,65 = 1,35

 

pH = 14-pOH = 14-1,35 = 12,65

 

 

03.02. Zayıf Asitler ve Zayıf Bazların  pH

 

Tamamen iyonlaşmayan asitlere ve bazlara zayıf asit veya baz denir.  Zayıf asitler HA, zayıf bazlarda B ile gösterilir.

 

 

 

HA  +  H2O    H3O+  +  A-         Ka = [H3O+] [A-] / [HA]

 

2H2O     H3O+  +  OH-               Ksu = [H3O+] [OH-]            

 

Eğer Ka değeri 10-4 ile 10-9 arasında ve asidin başlangıç derişimi 1-10-3 M arasında ise, suyun iyonlaşma dengesinin pH ye etkisini olmadığı kabul edilir. Sadece Ka denge ifadesini kullanarak hidronyum derişimi hesaplanabilir. Dengede

 

[HA] = CHA - [H3O+] yazılabilir. Aynı zamanda

 

[A-] = [H3O+] olduğundan     

 

Ka = [H3O+]2 / (CHA - [H3O+])

 

Formülünden H3O+ iyonunun derişimi bulunur.

 

Bu tür problemlerin çözümünde diğer bir kabul ise başlangıç derişiminin Ka ya oranı,

(CHA / Ka)³ 10 ise asidin iyonlaşması ile başlangıç derişiminin fazla değişmediği düşünülebilir ve paydadaki H3O+ derişimi CHA yanında ihmal edilebilir.

 

 

Ka = [H3O+]2 / CHA formülünden [H3O+] çekilerek,

 

[H3O+] =  (Ka . CHA) bağıntısı bulunur.

 

Örnek:

 

Derişimi 0.10 M olan Asetik asit ( CH3COOH) çözeltisinin pH si nedir?

 

Ka = 1,75x10-5 (25oC)

 

Çözüm:

 

CH3COOH veya genel formülü ile HA suda

 

 

                       

Başlangıç:   0,10 M                           0          0

Değişim         -x                              +x          +x

Dengede: (0,10-x) M                      +x          +x

 

 

Ka = [H3O+]2 / CHA

 

Ka =1,75x10-5 = x2 / (0,10-x)

 

Son kabulümüzün uygulanabilirliği test edildiği zaman

 

 0,10 / 1,75.10-5 >103

 

Asidin iyonlaşması ile başlangıç derişiminin fazla değişmediği düşünülebilir ve paydadaki H3O+ derişimi CHA yanında ihmal edilebilir.

 

 

1,75x10-5 = x2 / 0,10

 

x2 = 1,75x10-6

 

[H3O+] = x = 1,32x10-3M

 

pH = -log 1,32x10-3

 

pH = 2,88 

 

 

Aynı kurallar zayıf bazlar içinde geçerlidir.

 

 

B  +  H2O      BH+   +   OH-                  Kb = ([BH+] [OH-] / [B]

 

2H2O      H3O+   +   OH-                       Ksu = [H3O+] [OH-]   

 

 

Kb = [OH-]2 / CB – [OH-]

 

Kb = [OH-]2 / CB

 

 

 

Eğer Kb değeri 10-9 dan küçük ve bazın derişimi de 10-3 M dan daha küçük ise suyun iyonlaşma etkisini göz önüne almak zorundayız.

 

B  +  H2O      BH+   +   OH-                  Kb = ([BH+] [OH-] / [B]

 

2H2O      H3O+   +   OH-                       Ksu = [H3O+] [OH-]  

 

 

[OH-] = [OH-]zayıf baz  + [OH-]su

 

Zayıf bazdan gelen [OH-] aynı zamanda [BH+] ya, sudan gelen [OH-] ise suyun  [H3O+] ya eşittir. Dolayısıyla 

 

[OH-] = [BH+] + [H3O+] yazılabilir.

 

[BH+] = Kb [B] /  [OH-]

 

[H3O+] = Ksu / [OH-] 

 

Bu değerler yerine konulduğunda 

 

[OH-] = Kb [B] / [OH-] + Ksu / [OH-]

 

[OH-]2 = Kb[B] + Ksu

 

[OH-] = (Kb[B] + Ksu)1/2    

 

Baz zayıf olduğundan dengedeki B derişimi, bazın başlangıç derişimine eşit olarak düşünülebilir. Böylece eşitlik  

 

[OH-] = (KbCB + Ksu)1/2

 

haline gelir.

 

 KbCB >> Ksu olduğunda eşitlik

 

[OH-] = (KbCB) 1/2 şeklini alır.

 

Örnek: 

 

2,5x10-5 M anilin, C6H5NH2, çözeltisindeki türlerin derişimlerini ve pH değerlerini bulunuz.

 

Kb = 4,30x10-10

 

 

Dikkat edilmesi gereken husus Kb değerinin 10-9 dan, baz derişimin ise 10-3 M dan küçük olduğudur.

 

C6H5NH2  + H2O  C6H5NH3+  +  OH-

 

[OH-] = (KbCB) 1/2

 

[OH-] = (4,30x10-10 x 2,5x10-5 + 1,00x10-14)1/2 = (1,08x10-14 + 1,00x10-14) 1/2

 

[OH-] = 1,44x10-7 M

 

[OH-] = [C6H5NH3+] = 1,44x10-7 M

 

[C6H5NH2] = 2,5x10-5–1,44x10-7 = 2,49x10-5 M

 

[H3O+] = Ksu / [OH-] = 1,00x10-14 / 1,44x10-7 = 6,94x10-8 M

 

pH= -log 6,94x10-8 = 7,16

 

 

03.03. Poliprotik Asitler ve pH

 

Çözeltide iyonlaştığında birden fazla hidronyum iyonu (H3O+ ) veren asitlere poliprotik veya polifonksiyonlu asitler denir. Poliprotik asitlere, fosforik asit (H3PO4), karbonik asit (H2CO3) sülfürik asit (H2SO4), okzalik asit ( H2C2O4) örnek verilebilir.

 

Örnek olarak fosforik asiti verecek olursak , fosforik asit iyonlaştığı zaman 3 tane H3O+ iyonu verebiliyor.

 

H3PO4   +   H2O    H2PO4-   +   H3O+                Ka1 = 7,11x10-3


H2PO4-   +   H2O     HPO42-   +   H3O+              Ka2 = 6,34x10-8

 

HPO42-   +   H2O    PO43-   +   H3O+                  Ka3 = 4,20x10-13

 

Ka1 >> Ka2 >> Ka3

 

 

 

Genel gösterimi;

 

H2A   +   H2O      HA-   +   H3O+     

 

HA-   +   H2O      A2-   +   H3O+    

 

 

olan poliprotik asitlerde zayıf asitlere benzer şekilde bir takım yaklaşımlarda bulunmamız gerekiyor Eğer Ka değerleri 10-4 – 10-9 arasında ve derişim 1-10-3 M arasında ise suyun ayrışma dengesini düşünmemize gerek yoktur.

 

Diğer taraftan Ka1 ve Ka2 arasındaki oran 103 ve daha fazla ise 1.dengeyi düşünür, ikinci dengeyi ihmal edebiliriz. Ve problem monoprotik bir asit çözeltisindeki pH hesaplaması problemine dönüşür.

 

Örnek:   

 

0,10 M karbonik asit (H2CO3) çözeltisinin pH sı nedir?

 

Ka1 = 4,45x10-5

Ka2 = 4,69x10-11 

 

Çözüm:

 

H2CO3   +   H2O      HCO3-   +   H3O+                          Ka1 = 4,45x10-5

 

HCO3-   +   H2O      CO32-   +   H3O+                            Ka2 = 4,69x10-11 

 

Ka değerlerinden görüldüğü gibi suyun ayrışma dengesinin etkisini düşünmeye gerek yoktur. Ka1 / Ka2 >> 103 olduğundan sadece 1.iyonlaşma dengesini düşünerek [H3O+] bulunabilir ve pH hesaplanır.

 

                  H2CO3   +   H2O      HCO3-   +   H3O+

Başlangıç:   0,10 M                                  0              0

Değişim         -x                                       +x            +x

Dengede:  (0,10-x) M                              +x            +x

 

 

Ka1= [HCO3-] x [H3O+] / [H2CO3] x [H2O]

 

[H2O] ihmal ediliyor.

 

Ka1 = 4,45x10-5 = (x2) / (0,10-x)

 

Bu eşitliğin çözümünden x bulunur.

 

x2 + 4,45x10-5x- 4,45x10-6= 0

 

x = 0,0298 = [H3O+]

 

pH = -log 2,98x10-2 = 2-log 2,98 = 1,53

 

 

Eğer poliprotik asitlerde Ka2, Ka1’e göre ihmal edilebilecek kadar küçük olmakla beraber asitlik değeri oldukça yüksekse yani 10-4 den büyükse problemi monoprotik asit sistemine indirgeyerek çözümleyemeyiz. Bunun en iyi örneğini H2SO4 çözeltilerinde görüyoruz. 

 

03.04. Tampon Çözeltiler                                                                                

 

pH sı belli olan, seyrelmeyle veya az miktarda kuvvetli asit veya baz ilavesi sonucu pH sı değişmeyen çözeltilere tampon çözeltiler denir.

 

Tampon çözelti zayıf bir asit ve konjüge bazını veya zayıf baz ve konjüge asidini içeren bir çözeltidir

 

Zayıf bir asit olan HA çözeltisi ile NaA tuzu ile karıştırılarak tampon çözeltisi hazırlanır

 

Genellikle oldukça derişik çözeltilerle çalışıldığından, Ka değeri de 10-4 -10-9 arasında düşünüldüğünden suyun iyonlaşma etkisini düşünmeye gerek yoktur. 

 

[H3O+] = Ka x [ HA] / [A-]

formülünden [H3O+] iyonunun derişimi oradan da ortamın pH’sı hesaplanır.

 

Tampon hazırlamayı değişik örneklerle açıklayabiliriz.

 

           

Örnek 1.

 

1 M sodyum format (NaHCOO) ve 0,5 M formik asit (HCOOH) içeren çözeltinin pH’sı nedir?

 

Ka = 1,80x10-4

 

Öncelikle  formik asidin (HCOOH) tepkimesi yazılır.

 

 

 [HCOO-]   = [NaHCOO]

        

Ka = [HCOO-] x [H3O+] / [ HCOOH]

 

[H3O+] = Ka x [ HCOOH] / [HCOO-]

 

[H3O+] = 1,80x10-4( 0,5/1)

 

[H3O+] = 9,0x10-5

 

pH= 4,04

 

 

Örnek 2.

 

 200 mL 0,4 M NH3 ve 0,1 M NH4+çözeltisine 50 mL 0,025 M HCl asit eklendiğinde oluşacak tampon çözeltinin pH’ sı nedir?

 

Baz çözeltisine HCl  asit çözeltisi ekleniyor. Bu demektirki NH3  çözeltisinin derişimi eklenen asit kadar azalacak ve konjüge asidi olan NH4+  iyonunun derşimi de eklenen asit kadar artacaktır.

 

Diğer bir dikkat edilmesi gereken konu ise çözeltinin son hacminin değiştiği. Toplam hacim arttığı için  NH4+ ve NH3 derişimleri de değişecek.

 

[NH3] = (0,4 x 0,2) – (0,05 x 0,025)] /0,250

 

[NH3] = 0,315

 

[NH4+] =  (0,1 x 0,2) + (0,05 x 0,025)] /0,250

 

[NH4+] = 0,085

 

 

 

Ka x Kb = Kw

 

Kb= Kw / Ka

 

Kb= 1,0x10-14 /5,70x10-10

 

Kb= 1,75x10-5

 

Kb= [NH4+] x [OH-]  /[NH3]

 

[OH-] =Kb x [NH3] / [NH4+] 

 

[OH-] = 0,315 x 1,75x10-5 / 0,085

 

[OH-] = 6,48x10-5

 

pOH = 4,19

 

pOH + pH =14

 

pH = 14 - 4,19 = 9,81

 

 

04. Asit veya Bazların Titrasyon Eğrileri

 

04.01. Kuvvetli Bir Asidin Kuvvetli Bir Bazla Titrasyonu

 

Asit baz titrasyonlarında hesaplanması gereken dört temel nokta vardır.

 

  1. Başlangıç pH sı

  2. Eşdeğerlik noktasından önceki hesaplamalar

  3. Eşdeğerlik noktasindaki hesaplamar

  4. Eşdeğerlik noktasından sonraki hesaplamalar

 

Örnek

 

100 mL  0,025 M HCl asidin 0,050 M NaOH ile titrasyonu sonucunda oluşacak titrasyon eğrisinin çizilmesi

 

Başlangıçta asit üzerine hiç baz eklenmediği zaman ortamın pH’ sı direk asidin pH’sına eşittir.

 

pH = -log[H3O+]

 

pH =-log 0,025

 

pH = 1,60

 

25 mL NaOH eklendiği zaman (Eşdeğerlik noktasından önce)

 

Asit üzerine baz eklendiğinde, eklenen baz asidin bir kısmını nötralleştirecektir. Böylelikle ortamdaki asit derişimi azalacaktır. Kalan asidin derişimide direk ortamın pH’sına eşit olacaktır.

Diğer dikkat edilmesi gereken konu ise çözeltinin son hacminin değiştiğidir. Bunun için asidin mol sayısı bulunarak (M x V) toplam hacme (L) bölünerek son derişim bulunur.

 

[HCl] = (0,1 x 0,025 –0,025 x 0,050) / 0,1+0,025

 

 

 [HCl] = 0,01

 

pH = -log 0,01

 

pH = 2

 

50 mL NaOH eklendiği zaman (Eşdeğerlik noktasında)

 

[HCl] = (0,1 x 0,025 –0,050 x 0,050) / 0,1+0,050

 

 

[HCl] = 0

Buda asit baz konsantrasyonlarının o anda eşit olduğunu gösterir. Ortam nötrdür.

 

Ksu= [H3O+] x [OH-]

 

[H3O+] = √  Ks

 

[H3O+] = √  1x10-14

 

[H3O+] = 1x10-7

 

pH = 7

 

75 mL NaOH eklendiği zaman (Eşdeğerlik noktasından sonra)

 

 Eklenen baz miktarı, asit miktarından fazla olduğu için ortamdaki bütün asidi nötrleştirir ve ortamda sadece baz kalır.

 

[NaOH] = (0,075 x 0,050 –0,10 x 0,025) / 0,1+0,075

 

[NaOH] = 0,0071

 

pOH = -log7,1x10-3

 

pOH = 2,15

 

pH = 14,00- 2,15 =11.85

 

 

 

 

 

Aynı mantık ve kurallar kuvvetli bir bazın kuvvetli bir asitle titrasyonunda da geçerlidir. Sadece başlangıçta ortam bazik olacak ve asit eklendikçe ortamdaki bazın derişimi eklenen asit kadar azalacak

 

 

 

04.02. Zayıf bir Asidin Kuvvetli bir Bazla Titrasyonu

 

Asit baz titrasyonlarında hesaplanması gereken dört temel nokta vardır.

 

  1. Başlangıç pH sı

  2. Eşdeğerlik noktasından önceki hesaplamalar

  3. Eşdeğerlik noktasındaki hesaplamar

  4. Eşdeğerlik noktasından sonraki hesaplamalar

 

Örnek:

 

100 ml 0,05 M asetik asidin (CH3COOH)  0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltiis ile yaptığı titrasyon sonucunda oluşan titrasyon eğrisini inceliyelim.

 

Başlangıçta ortamda sadece asetik asit (HA) vardır. Eklenen baz hacmi 0 olduğundan ortamın pH’sını bulurken HA’nın  iyonlaşma denkleminden yararlanırız.

 

    HA   +   H2O  H3O+   +   A-  

   0,05                           x              x

 

Ka = 1,75x10-5

 

Ka = ([H3O+] [A-]) / [HA] 

 

Ka = x2 / 0,05

 

[H3O+] = (1,75x10-5 x 0,05)1/2

 

[H3O+] = 9,35x10-4

 

pH = -log 9,35x10-4

pH= 4-log 9,35

 

pH= 3,03

 

50 mL 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eşdeğerlik öncesi)

 

Zayıf asidin üzerine baz eklenmesi ile HA/NaA tampon çözeltisi oluşuyor. Eklenen baz kadar HA derişimi azalacak ve eklene baz kadar A- oluşacak. Bu durumda ilk olarak yeni derişimler hesaplanır. Çözeltinin son hacminin değiştiği için ortamdaki asidin mol sayısı bulunarak (M x V) toplam hacme (L) bölünerek son derişimi bulunur.

 

[ HA] =(0,100 x 0,05)- (0,050 x 0,05) / (0,100+0,05)

 

[ HA] = 0,017

 

[ A-] = (0,050 x 0,05) / (0,100+0,05)

 

[ A-] = 0,017

 

Ka = ([H3O+] [A-]) / [HA]  formülünde bulunanlar yerine koyulursa

 

[H3O+] = 1,75x10-5 x 0,017/0,017

 

[H3O+] = 1,75x10-5

 

pH = 5 – log 1,75

 

pH = 4,76

 

 

100 mL 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eşdeğerlik noktasında)

 

Eşdeğerlik noktasında HA’ nın tamamı A- dönüşür.

 

 

A-   +   H2O  OH-   +  HA  

 

Burada   Ka x Kb = Kw

 

Kb= Kw / Ka  denklemleri hatırlanmalı.

 

Kb= 1 x10 –14/ 1,75x10-5

 

Kb= 5,71x10-10

 

Kb = ([OH-] [HA] ) / [A-]

 

Eşdeğerlik noktasında ortamda yalnızca A- var fakat hacim 200 mL olduğu için A- derişimi yarıya düşer (hacim iki katına çıktı)

 

Kb = x2 / 0,025

 

[OH-] = (5,71x10-10 x 0,025)1/2

 

[OH-] = 3,78 x 10-6

 

pOH = 6 – log 3,78

 

pOH = 5,42

 

pOH + pH = 14

 

pH = 14 – 5,42 = 8,58

 

 

150 mL 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eşdeğerlik noktasından sonra)

 

 

Eşdeğerlik noktasından sonra ortamda bulunan [OH-] kaynağı hem eklenen baz hemde A- iyonudur. Ortamda kuvvetli ba baskın olduğu için A- iyonundan gelecek olan [OH-] katkısı azdır.  

 

[OH-] = [(0,150 x 0,05)  -  (0,100 x0,05)]  /0,250                                                                                                            

[OH-] = 0,01

pOH = 2

 

pOH + pH = 14

 

pH = 14 –2  =12

 

            

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zayıf bazlarda yukarıdaki şekilde çözülür.

  

04.03. Kuvvetli Asit ve Zayıf Asit Bulunan Bir Çözeltinin Kuvvetli Bazla Titrasyonu

 

 

Örnek

 

0,15 M HCl asit ve 0,10 M HA zayıf asidi bulunmaktadır. Toplam hacmi 25 mL olan bu çözelti 0,12 M NaOH çözeltisi ile titre ediliyor. Bu titrasyonun titrasyon eğrisini oluşturalım.

 

Ka =1,75 x10-5

 

Başlangıçta hiç baz eklenmediği zaman ortamdaki [H3O+],  HCl asitten ve HA asitinin iyonlaşması sonucu ortaya çıkan [H3O+]’ nun toplamlarına eşittir.

 

[H3O+] = CHCl + [A-]

 

Başlangıç anında HA dan gelen [H3O+] kuvvetli asidin yanında ihmal edilebilecek kadar azdır. Böylelikle ortamın

 

pH = - log 0,15

pH = 0,82

 

 

Ama yinede HA dan gelen [H3O+] derişimine bir bakalım. Kuvvetli asit yanında HA dan gelen A-    iyonu ihmal edilebileceğinden ortamdaki [H3O+] sadece kuvvetli asitten geliyormuş gibi düşünülür.

 

 

 

 HA   +   H2O  H3O+   +   A-                                      [H3O+] = [A-]

 

Ka =  [H3O+] x [A-] / [HA]

                                                               

[A-] / [HA] = Ka / [H3O+]

 

[A-] / [HA] =1,75 x10-5 / 0,15

 

[A-] / [HA] = 2,62 x10-6

 

0,10 = [HA] + [A-]

 

0,10 = [A-] / 2,62 x10-6 + [A-]

 

[A-] = 1,31 x10-7 bu değer gerçekten 0,15 M yanında ihmal edilebilecek bir değer.

  

 

10 mL 0,12 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eşdeğerlik noktasından önce)

 

Burada hala ilk basamakta yaptığımız varsayım geçerlidir. Ortamdaki [H3O+] sadece kuvvetli asitten geliyormuş gibi düşünülür. Fakat baz ilave edildiği için derişiminde bir azalma olacaktır.

 

CHCl = (0,15 x 0,025) – (0,12 x 0,010) / 0,035

 

CHCl = 0,0729 M

 

pH  = – log 0,0729

 

pH = 1,14

 

Burada da her ihtimale karşı HA’nın iyonlaşmasından gelen [H3O+] derişimi hesaplanır.

 

 

30 mL 0,12 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde

 

Bu tür tepkimelerde eşdeğerlik noktasını şu hesapla bulabiliriz.

 

Masit x Vasit = Mbaz x Vbaz

 

Vbaz bulunarak eşdeğerlik noktasına gelmek için kaç mL baz eklenmelidir sorusuna yanıt bulabiliriz.

 

 

0,15 x 0,025 = 0,12 x Vbaz

 

Vbaz = 0,03125 L = 31,25 mL baz harcandığı zaman eşdeğerlik noktasına ulaşılacak.

 

 

Eğer 30 mL baz eklersek eşdeğerlik noktasına çok yaklaşılacak ve artık HA dan gelen [H3O+] ihmal edilemeyecek. Eklenen baz hala HCl’yi nötrleştirdiği için

 

 

CHCl = (0,15 x 0,025) – (0,12 x 0,030) / 0,055

 

CHCl = 2,72x10-4

 

HA = (0,1 x 0,025) / 0,055

 

HA = 0,045                              

 

 [H3O+] = [A-]

[H3O+] =CHCl + [A-]

 

[H3O+] = 2,72x10-4 + [A-]

 

Ka =  [H3O+] x [A-] / [HA]

                                                               

[A-] / [HA] = Ka / [H3O+]

 

[HA] = [H3O+] x [A-] / Ka

 

 

([H3O+] x [A-] / 1,75x10-5) + [A-] = 0,045                             

 

[A-] = 7,85x10-7 / ( [H3O+] + 1,75x10-5 eşitliğini

 

 

[H3O+] = 2,72x10-4 + [A-] eşitliğinde yerine koyarsak

 

[H3O+] = 2,72x10-4 +[ 7,85x10-7 / ( [H3O+] + 1,75x10-5 ]

 

[H3O+]2 - 2,54x10-4[H3O+] –7,90x10-7 = 0 eşitliğinden

 

[H3O+] = 1,30x10-3

 

pH = -log 1,30x10-3

 

pH = 2,87

 

Eşdeğerlik noktasında eklenen bazın hepsi kuvvetli asiti nötürleştirecektik . Ortamda sadece zayıf asit kalacaktır. Bundan sonra problemin çözümü zayıf asit baz titrasyonu gibi yapılacaktır.


[ Anasayfa ]