Kimya I · 12. Ünite: Asit-Baz Dengeleri, Termodinamik ve Elektrokimya
Asit-Baz Dengeleri ve pH
Kan pH'ının $7{,}40$ civarında tutulması, midenin $\text{pH}\approx 1{,}5$ olması ve bir tampon çözeltinin az miktarda asit eklenince neredeyse hiç değişmemesi aynı kuralların sonucudur: asit-baz dengeleri. Bu konuda suyun otoiyonlaşmasından başlayıp $K_w$, pH ve pOH ilişkilerini kurar, zayıf asit ve bazların iyonlaşma dengesini ICE tablosuyla çözer, %5 kuralının nereden geldiğini gösterir, eşlenik çiftler üzerinden $K_a\cdot K_b=K_w$ bağıntısını ve tuz hidrolizini incelersin. Sonunda Henderson–Hasselbalch denklemini türetir, bir tamponun pH'ını ve asit/baz eklendiğinde değişimini hesaplayabilirsin.
Öğrenme hedefleri
- $K_w$, pH ve pOH ilişkilerini kullanarak $[\text{H}^+]$, $[\text{OH}^-]$, pH ve pOH değerleri arasında dönüşüm yapar; $K_w$'nin sıcaklığa bağlı olduğunu ve nötr pH'ın her zaman 7 olmadığını açıklar.
- Eşlenik asit-baz çiftlerini belirler ve $K_a\cdot K_b=K_w$ bağıntısını türeterek kullanır.
- Zayıf asit ve zayıf baz çözeltileri için ICE tablosu kurar, tam ikinci derece denklemi ve %5 kuralıyla yaklaşık çözümü uygular, yüzde iyonlaşmayı hesaplar.
- Zayıf asidin tuzunun (ör. $\text{CH}_3\text{COONa}$, $\text{NH}_4\text{Cl}$) sulu çözeltisinin pH'ını hidroliz dengesinden hesaplar.
- Henderson–Hasselbalch denklemini türetir; tamponun pH'ını, istenen pH için gereken oranı ve kuvvetli asit/baz eklendikten sonraki pH'ı mol (mmol) tablosuyla bulur.
- Sınır durumlarını (çok seyreltik kuvvetli asit, $C\approx K_a$, tampon oranı $10$'dan büyük) tanıyıp hangi yaklaşımın geçersiz kaldığını gerekçelendirir.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Neden Bir Ölçek, Neden Denge?
2. Suyun Otoiyonlaşması, $K_w$ ve pH Ölçeği
3. Brønsted–Lowry Asit ve Bazlar, Eşlenik Çiftler, $K_a\cdot K_b=K_w$
4. Zayıf Asit Çözeltisi: ICE Tablosu ve %5 Kuralı
5. Zayıf Bazlar ve Tuzların Hidrolizi
6. Tampon Çözeltiler ve Henderson–Hasselbalch Denklemi
7. Çözümlü Örnekler
8. Sınır Durumları ve Sık Yapılan Hatalar
Anahtar terimler
- pH
- Hidrojen iyonu derişiminin eksi logaritması, $-\log[\text{H}^+]$; her bir birim $[\text{H}^+]$'da on katlık değişimdir.
- $K_w$ (suyun iyonlaşma sabiti)
- $[\text{H}^+][\text{OH}^-]$ çarpımı; $25\,^\circ\text{C}$'de $1{,}0\times10^{-14}$, sıcaklıkla artar.
- Eşlenik asit-baz çifti (conjugate pair)
- Bir protonla birbirinden ayrılan iki tür, ör. $\text{CH}_3\text{COOH}$/$\text{CH}_3\text{COO}^-$; $K_a\cdot K_b=K_w$.
- $K_a$, $K_b$
- Zayıf asit ve zayıf bazın iyonlaşma dengesi için denge sabitleri; ne kadar büyükse o kadar güçlü.
- Yüzde iyonlaşma (percent ionization)
- İyonlaşan miktarın başlangıç derişimine oranı $\times100$; seyreltildikçe artar.
- %5 kuralı
- $x/C<0{,}05$ ise $C-x\approx C$ yaklaşımı kabul edilir; $C/K_a>400$ ile denktir.
- Hidroliz (hydrolysis)
- Bir tuzun iyonunun (zayıf asit/baz olan türün) suyla tepkimeye girip pH'ı değiştirmesi.
- Tampon (buffer)
- Zayıf asit ve eşlenik bazını içeren, az miktarda asit ya da baz eklenince pH'ı az değişen çözelti.
- Henderson–Hasselbalch denklemi
- $\text{pH}=\text{p}K_a+\log([\text{A}^-]/[\text{HA}])$; tampon pH'ını verir.
- Tampon kapasitesi
- pH'ı bir birim değiştirmek için gereken kuvvetli asit/baz miktarı; bileşenlerin toplam derişimiyle artar.
Örnek soru
$25\,^\circ\text{C}$'de $1{,}0\times10^{-3}$ M $\text{Ba(OH)}_2$ çözeltisinin pH'ı kaçtır? (Baz suda tamamen ayrışır.)
- $2{,}70$
- $3{,}00$
- $11{,}30$
- $11{,}00$
- $10{,}70$
Doğru cevap: C
Çözüm
1. $\text{Ba(OH)}_2\rightarrow\text{Ba}^{2+}+2\text{OH}^-$ olduğundan $[\text{OH}^-]=2\times1{,}0\times10^{-3}=2{,}0\times10^{-3}$ M.
2. $\text{pOH}=-\log(2{,}0\times10^{-3})=2{,}70$.
3. $\text{pH}=14{,}00-2{,}70=11{,}30$.
Sonuç: $11{,}30$. Çeldiriciler: $2{,}70$ pOH değeridir (pH sanılmış); $3{,}00$ ve $11{,}00$ iki $\text{OH}^-$ verdiğini unutup $[\text{OH}^-]=10^{-3}$ almaktır; $10{,}70$ ise yanlışlıkla $2$'ye bölmektir.