Tampon Çözelti ve Hidroliz

Eşlenik Asit-Baz Çiftlerinde Ka ve Kb Ilişkisi

Birbirlerinin eşleniği olan asit-baz çiftlerinin \(K_a\) ve \(K_b\) değerleri arasında bir ilişki vardır.

\(HF\) zayıf bir asit ve \(F^-\) iyonu onun eşlenik bazıdır.

\(\ce{HF(aq) + H2O(s) <=> H3O+(aq) + F-(aq)}\)

\[K_a = \frac{[H3O].[F]}{[HF]} \]

\(\ce{F-(aq) + H2O(s) <=> HF(aq) + OH-(aq)}\)

\[K_b = \frac{[HF].[OH]}{[F]} \]

\(K_a\) ve \(K_b\) değerleri çarpıldığında bu değerin \(H_3O^+\) ve \(OH^-\) iyon derişimlerinin çarpımına eşit olduğu görülür.

\[K_a.K_b = \frac{[H3O].[F]}{[HF]}.\frac{[HF].[OH]}{[F]} = [H_3O].[OH]=K_{su}=1.10^{-14} \]

\(K_{su}\) oda koşullarında \(1.10^{-14}\)'e eşittir.

Eşlenik asit-baz çiftlerinde asidin kuvveti arttıkça, eşlenik bazın kuvveti azalır.

Tampon Çözelti

Zayıf bir asit ile o asidin konjuge bazını ya da zayıf bir baz ile o bazın konjuge asidini birbirine yakın derişim değerlerinde içeren sulu çözeltiler tampon çözelti olarak adlandırılır.

Tampon çözeltilere az miktarda kuvvetli asit ya da baz eklendiğinde ortamın pH değerinde önemli bir değişim görülmez.

Asidik tampon çözelti: Zayıf bir asit ve bu asidin konjuge bazı olan anyonu içeren bir tuz kullanılarak hazırlanır.
- \(HF/F^-(NaF)\), \(HCN/CN^-(KCN)\), \(H_2CO_3/HCO_3^-(NaHCO_3)\)
Bazik tampon çözelti: Zayıf bir baz ve bu bazın konjuge asidi olan katyonu içeren bir tuz kullanılarak hazırlanır.
- \(NH_3/NH_4^+\), \(HCO_3^-/CO_3^{2-}\)

Tampon Sistemlerin Bulunduğu Örnekler

Kimyasal ve biyolojik birçok olayda tampon çözeltiler doğal olarak bulunur ya da kullanılır.
Birçok konserve ürününde \(CH_3COOH/CH_3COO^-\) tampon çözeltisi asitlik düzenleyici olarak kullanılır.
Göllerdeki asit-baz dengesi tampon çözeltiler yardımıyla dengelenir.
Canlı organizmalardaki birçok biyolojik süreçte de ortamın pH değeri hayati öneme sahiptir. Çeşitli tampon sistemleri tarafından kanın pH'ı yaklaşık 7,6 ve mide öz suyunun pH'ı yaklaşık 1,5 civarında sabit tutulur. Bu tamponların en önemlisi \(H_2CO_3/HCO_3^-\) tampon sistemidir.

Tampon Çözeltilerin pH Değişimine Direnci

Tampon çözeltilerde bulunan iki farklı denge, az miktarda asit ya da baz eklenmesi durumunda pH değişimine karşı sınırlı miktarda direnç göstermelerini sağlar.

HCN ve CN- Tampon Çözeltisine, Asit (H3O+) Eklenmesi
Bu tampon çözeltide aşağıdaki dengeler oluşur.

\(\ce{HCN(aq) + H2O <=> CN-(aq) + H3O+(aq)}\)
\(\ce{CN-(aq) + H2O(s) <=> HCN(aq) + OH-(aq)}\)

Ortama az miktarda kuvvetli bir asşit eklendiğinde \(H_3O^+\) derişimi artar. 2. dengedeki OH- iyonları ile eklenen H3O+ iyonları nötralleşir. Bu durumda 2. tepkimenin dengesi sağa kayar ve CN- derişimi azalır.

Birinci dengede azalan CN- derişiminin artması için denge sağa kayar ve bir miktar CN- ve H3O+ oluşur.

Böylelikle ortamdaki H3O+ iyon derişimi yani pH değeri çok fazla değişmez.

NH3 ve NH4+ Tampon Çözeltisine Baz (OH-) Eklenmesi
Bu tampon çözeltide aşağıdaki dengeler oluşur.

\(\ce{NH3(aq) + H2O(s) <=> NH4+ + OH-(aq)}\)
\(\ce{NH4+(aq) + H2O(s) <=> NH3(aq) + H3O+(aq)}\)

Ortama az miktarda kuvvetli baz eklendiğinde OH- derişimi artar.

İkinci dengedeki H3O+ iyonları ile eklenen OH- iyonları nötralleşir. Bu durumda ikinci tepkimede denge sağa kayar ve NH4 derişimi azalır.
Birinci dengede azalan NH4+ derişiminin artması için denge sağa kayar ve bir miktar \(NH_4^+\) ve \(OH^-\) oluşur.

Böylelikle ortamdaki OH- iyon derişimi yani pOH değeri çok fazla değişmez.

Tuzların Asit-Baz Özelliği

Asit anyonu ve baz katyonu arasında oluşan bileşikler tuz olarak sınıflandırılır.

Zayıf bir bazdan gelen katyon bazın eşlenik asidi, zayıf bir asitten gelen anyon asidin eşlenik bazıdır.

Zayıf asidin anyonu olan baz su ile etkileşerek OH- oluşturur.
Zayıf bazın katyonu olan asit su ile etkileşerek H3O+ oluşturur.

Bir iyonun su ile tepkimeye girerek zayıf asit veya baz oluşturmasına hidroliz denir.

\(\ce{F- + H2O <=> HF + OH-}\)

\(\ce{NH4+ + H2O <=> H3O+ + NH3}\)

Yukarıdaki iki olay da birer hidroliz tepkimesine örnektir.

Tuzlar suda çözündüklerinde asidik, bazik ve nötr çözelti oluşturabilir.

Nötr Tuz

Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın tepkimesi sonucunda nötr tuzlar oluşur. Nötr tuzları oluşturan anyon ve katyonlar önemli ölçüde hidroliz olmaz.

\(\ce{NaOH(kuvvetli baz) + NCl(kuvvetli asit) -> NaCl(nötr tuz) + H2O}\)

NaCl tuzundaki Na+ iyonu kuvvetli bazdan (NaOH), Cl- iyonu kuvvetli bir asitten (HCl) gelmiştir. İkisi de suda hidroliz olmaz.

Nötr tuzların sulu çözeltileri nötrdür ve \(25\degree C\) de pH değerleri 7 dir.

Kuvvetli asit ya da kuvvetli bazdan gelen iyon hidroliz olmaz. Çünkü kuvvetli asit/baz denklemleri tek yönlüdür. Tuzdaki iyonlar tekrar aside/baza dönüşemez.

Asidik Tuz

Kuvvetli bir asit ve zayıf bir bazdan oluşan tuzlar asidik tuz olarak adlandırılır.

\(\ce{HNO3(kuvvetli asit) + NH3(zayıf baz) -> NH4NO3(asidik tuz)}\)

NH4NO3 tuzundaki zayıf bazdan gelen katyon (NH4+) hidroliz olurken kuvvetli asitten gelen anyon (NO3-) hidroliz olmaz.

\(\ce{NH4+(asidik katyon) + H2O <=> NH3(zayıf baz) + H3O(hidronyum)}\)

NH4+ iyonunun hidrolizi sonucunda oluşan H3O+ iyonu ortamı asidik yapar. NH4NO3'ün sulu çözeltisinin 25 derecedeki pH değeri 7 den küçüktür.

Bazik Tuz

Kuvvetli bir baz ve zayıf bir asitten oluşan tuzlar bazik tuz olarak adlandırılır.

\(\ce{HCN(zayıf asit) + NaOH(kuvvetli baz) -> NaCN(bazik tuz) + H2O}\)

NaCN tuzundaki zayıf asitten gelen anyon (CN-) hidroliz olurken kuvvetli bazdan gelen katyon (Na+) hidroliz olmaz.

\(\ce{CN-(bazik anyon) + H3O <=> HCN(zayıf asit) + OH-(hidroksit)}\)

CN- iyonunun hidrolizi sonucunda OH- ortamı bazik yapar. 25 dercede NaCN'nin sulu çözeltisinde pH değeri 7 den büyüktür.

Asit ve bazın ikisi de zayıf ise tepkime sonucu oluşan tuzun sulu çözeltisinin asidik mi bazik mi olduğuna tepkimeye giren zayıf asidin \(K_a\) değeri ile zayıf bazın \(K_b\) değeri karşılaştırılarak karar verilir.

\(K_a > K_b\) ise oluşan tuz asidiktir.

\(K_a = K_b\) ise oluşan tuz nötrdür.

\(K_a < K_b\) ise oluşan tuz baziktir.

HF için \(K_a=6,8.10^{-4}\) ve \(NH_3\) için \(K_b=1,8.10^{-5}\) dir. Aralarındaki tepkime sonucunda oluşan \(NH_4F\) tuzunun sulu çözeltisinde \(K_a > K_b\) olduğu için \(NH_4F\) tuzunun sulu çözeltisi asidiktir ve 20 derecede pH değeri 7 den küçüktür.

Zayıf asitten gelen anyon baz özelliği, zayıf bazdan gelen katyon asit özelliği gösterir. (Bakınız: Asit-Baz Tanımları)

Questions

Kuvvetli asitlerle tampon çözelti oluşturulamaz. \(HNO_3\) kuvvetli bir asittir.

Zayıf asit ve onun konjuge bazını içeren tuzu, ya da zayıf baz ve onun konjuge asidini içeren tuzu karıştırılırsa tampon çözelti oluşur. Zayıf asit ve baz karıştırılırsa değil.