kimya ıı ders notları

Transkript

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
KİMYA II DERS
NOTLARI
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN
Asit Baz Tanımları

Asit ve baz, değişik zamanlarda değişik
şekillerde tanımlanmıştır.
Bugün bu tanımların hepsi de kullanılmaktadır.
Hangi tanımın en iyisi olduğu konusunda kesin
bir kabul yoktur.
Arrhenius’a göre
Bronsted-Lowry’e göre
Lewis’e göre
Arrhenius’a göre
Asit ve bazlarla ilgili ilk tanımı
Arrhenius'un yaptığı tanımdır.
Arhenius'a göre asit suda iyonlatığında H+ iyonu veren,
baz ise OH- (hidroksit iyonu) iyonu veren maddelerdir.
Buna göre
HCl, HNO3, H2SO4, CH3COOH birer asit
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Al(OH)3 ise birer bazdır.
Çünkü bu maddeler suda H+ veya OH- iyonu vererek
iyonlaşır.

1

Bu sistem çok kullanışlı olmakla birlikte çok dar
kapsamlıdır.
Yalnız, yapısında H+ veya OH- bulunan maddeleri
tanımlayabilmektedir.
Oysa, su içinden CO2 gaz geçirildiğinde çözelti asit
özelliği göstermekte veya NH3 gaz geçirildiğinde çözelti
baz özelliği göstermektedir. Bu nedenle. Arrhenius'un
tanımının biraz değiştirilerek su ile tepkimeye girdiğinde
suyun hidrojen iyonu (H+) derişimini artıran maddelere
asit, hidroksit iyonu (OH-) derişimini artıran maddelere de
baz denir şeklinde ifade edilmesi uygun görülmüştür.
Bu şekilde tanımlamaya çözücü sistemi veya
genişletilmiş Arrhenius tanımı da denir.

Bu sisteme göre NH3, Na2S birer baz, CO2 ve AlCl3 ise
birer asittir. Çünkü;
tepkimeleri gereğince suyun H+ ve OH- iyonu derişiminin
artmasına neden olmaktadır.
Bronsted-Lowry’ye göre

Asit ve bazlarla ilgili daha geniş bir tanım l923 yılında
Danimarkalı Johannes Bronsted ve İngiliz Thomans
Lowry tarafından birbirinden bağımsız olarak hemen
hemen aynı zamanlarda yapılmıştır.
Bu nedenle kavram Bronsted- Lowry kavramı olarak
alınır.
Bronsted ve Lowry tarafından yapılan bu tanım yalnız
sulu çözeltileri değil susuz çözeltileri de kapsar.
Bu tanıma göre proton verebilen maddelere asit, proton
alabilen maddelere ise baz denir.
Bu tanımda asit veya baz bir iyon olabileceği gibi bir
molekül de olabilir.
2

Örneğin; su ile hidroklorik asit arasındaki aşağıdaki
iyonlaşma denkleminde
Bronsted - Lowry tanımına göre bir asitin iyonlaşmasıyla
oluşan tür proton alma eğilimindedir.
Bu tür, kendini oluşturan asitin eşlenik(konjuge) bazı
adını alır.
Örneğin; yukarıdaki iyonlaşma dengesinde HCl bir asit,
Cl- ise onun eşlenik bazıdır.
Aynı şekilde H2O bir baz, H3O+ ise onun eşlenik bazıdır.

Hidroklorik asit proton veren, su ise bu protonu alan
maddedir.
Bu tanıma göre HCl bir asit H2O ise bir bazdır.
Yukardaki dengenin soldan sağa doğru değil de sağdan
sola doğru olduğu düşünülürse H3O+ hidrojen veren, Clise bu hidrojeni alan maddedir. Bu durumda H3O+ bir
asit, Cl- ise bir bazdır.

Lewis ‘e göre

Bronsted-Lowry kavramı Arrhenius'un tanımlayamadığı
birçok maddeyi de asit veya baz olarak tanımlar.
Örneğin;

Asit ve bazlarla ilgili bir başka tanım da Lewis tanımıdır.

Gilbert N.Lewis’in 1938 yılında yaptığı tanıma göre bir
çift serbest elektronu bulunan ve bunu başka bir atom,
molekül veya iyonla ortaklaşa kullanabilen maddeye baz,

bazın bir çift elektronunu alarak ortaklaşa kullanılabilen
maddeye de asit denir.
tepkimesinde NH3 bir bazdır. Çünkü bir proton almış ve
NH4+ iyonunu vermiştir. (Arrhenius'a göre de bir bazdır,
çünkü suyun OH- derişimini artırmıştır)
3

Kısaca söylemek gerekirse Lewis tanımına göre bir
kimyasal tepkime sırasında bir çift elektron veren baz bu
elektronlar alan ise asittir. Örneğin;
Suyun İyonlaşması

Buna göre NH3 elektron çifti verdiği için baz, H+ ise bu
elektronu aldığı için asittir.
eşitliğinde serbest elektronu bulunan OH- bir baz, bu
elektronu alabilecek durumda olan H3O+ ise bir asittir.
H2O(s) ⇄ OH-(aq) + H+(aq)

serbest elektronlar bulunan azot nedeniyle trietilamin bir
baz, dolmamış yörüngelerine bu elektronlar alabilecek
durumda olan bor nedeniyle bortriklorür ise, bir asittir.
Ksu

Eğer su zayıf bir elektrolitse, iyonlaşması
nasıl olur ?
25°C ‘de iyonların derişimleri 1.0 x 10-7 M
kadar çok küçüktür.
Ksu
Ksu:
Sudaki H+ ve OH- derişimlerinin
çarpımıdır.
Suyun iyonlaşma sabitidir.

Asidik çözeltilerde H+ mi OH- mi daha
fazladır ?
[H+] > [OH-] : asidik
[OH-] > [H+] : bazik
[OH-] = [H+] : nötral
K su = [ H 3O + ][OH − ] = 1.0 × 10 −14
4
Örnek

Örnek
1.5 M Ca(OH)2 çözeltisindeki H+ derişimini hesaplayınız.
Çözeltideki Ca(OH)2 ‘i meydana getiren nedir ?
Ca(OH)2 Æ Ca+ + 2OH OH- derişimini hesaplayabilir miyiz ?
H+ derişimini bulabilmek için Ksu’yu kullanın
1.5molCa(OH) 2
2molOH −
3.0molOH −
×
=
1L
1molCa(OH) 2
1L
[OH −] = 3.0 M
[ H +] =
1.0 × 10-14
= 3.3 ×10 −15
3.0
pH skalası
Derişimleri kullanmaktan
daha uygundur

pH = -log [H+]
pOH = -log [OH-]

[H+] azaldıkça pH artar

14.00=pH + pOH
1.0x10-4 M HNO3 çözeltisindeki H+ derişimini
hesaplayınız.
Çözeltideki HNO3‘ü meydana getiren nedir ?
HNO3 Æ H+ + HNO2 H+ derişimini hesaplayabilir miyiz ?
OH- derişimini bulabilmek için Ksu’yu kullanın
1.0x10-4 molHNO3 1molH +
1.0x10-4 molH +
×
=
1L
1molHNO3
1L
[H + ] = 1.0x10 -4 M
[OH − ] =
1.0 × 10-14
= 1.0 × 10 −10
1.0x10-4
Örnek
Bazik

Amonyak

Nötr
Asidik
Kan
Saf su
Süt
Sirke
Limon suyu
Mide asidi
1.0x10-3 M NaOH çözeltisinin pH’ını bulunuz.
OH- derişimini bulun
pOH’ı hesaplayın, sonra pH
NaOH Æ Na+ + OH-
1.0 ×10−3 molNaOH 1molOH− 1.0 ×10−3 molOH−
×
=
1L
1molNaOH
1L
[H +] =
1.0×10-14
= 1.0×10−11
1.0 ×10−3
pH = − log(1.0 ×10−11) = 11.00
5
[H+] ve [OH-] ‘in hesaplanması

pH eşitliğinin tersi
+
[H ] = 10

− pH
−
ve [OH ] = 10
− pOH
Çözeltinin pH’ı 7.52 olsun. [H+] ve [OH-]
derişimini hesaplayıp, asidik, bazik ya da nötral
olup olmadığını bulalım.
+
[H ] = 10
−
−7.52
[OH ] = 10
bazik
= 3.0 × 10 M
− (14 − 7.52 )
-8
= 10
− 6.48
Örnek

pH= 4.7 olan çözeltinin pOH, [H+] ve [OH-] derişimini
hesaplayınız.Çözelti asidik, bazik yoksa nötralmidir?
pOH = 14.00- 4.7 = 9.3
[H + ] = 10 − 4 .7 = 2 × 10 -5 M
[OH − ] = 10 − 9 .3 = 5 × 10 -10 M
= 3.3 × 10 M
-7
asidiktir
Kuvvetli Asitler
• Bilinen en kuvvetli asitler HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3,
HClO4 ve H2SO4.
• Kuvvetli asitler kuvvetli elektrolitlerdir.
• Tüm kuvvetli asitler çözeltilerinde tamamen iyonlaşırlar:
HNO3(aq) + H2O(s) → H3O+(aq) + NO3-(aq)
• H+ ve H3O+ birbirinin yerine geçebildikleri için denklem ;
HNO3(aq) → H+(aq) + NO3-(aq)
• Kuvvetli asitler çözeltilerde tek H+ kaynağıdırlar.
• Bu yüzden çözeltinin pH’ı, monoasitin başlangıç
derişimiyle bulunur.
• Dikkat : Eğer asitin derişimi 10-6 M’dan küçükse,suyun
iyonlaşmasından gelen H+ ‘i de hesaba katmak gerekir.
6
Kuvvetli Bazlar
• Çoğu iyonik hidroksitler kuvvetli bazlardır.( NaOH,
KOH ve Ca(OH)2).
• Kuvvetli bazlar kuvvetli elektrolitlerdir ve çözeltide
tamamen iyonlarına ayrışırlar.
• Kuvvetli bazın pOH’ı (ve dolayısıyla pH’ı), bazın
başlangıç derişiminden hesaplanır. Stokiyometriye dikkat
edin
• Bazlar OH- iyonu içermek zorunda değildirler:
O2-(aq) + H2O(s) → 2OH-(aq)
H (aq) + H2O(s) → H2(g) + OH-(aq)
N3-(aq) + H2O(s) → NH3(aq) + 3OH-(aq)
Örnek

0.040 M HCl çözeltisinin pH’ı kaçtır ?
pH= -log[H+]
pH= -log[0.040] = - (-1.3979)
pH= 1.40
Örnek
Örnek
• HNO3 çözeltisinin pH’ı 2.34’dür. Asidin derişimi
kaçtır ?
• pH’ı 0.028 M olan NaOH çözeltisinin derişimi
kaçtır ?
pH= - log[H+]
Antilog (- pH) = Antilog log[H+]
[H+] = 10-pH
[H+] = 10-2.34 = 4.57 x10-3
pH + pOH = 14
0.028 + pOH = 14
pOH = 13.97
pOH= - log[OH-]
Antilog (- pOH) = Antilog log[OH-]
[OH-] = 10-pOH
[OH-] = 10-13.97 = 1.07 x10-14
7
Zayıf Bazlar
Zayıf Asitler
• Maddelerin çoğu asidik veya zayıf asidiktir
• Zayıf asitler çözeltilerde sadece kısmen iyonlaşırlar.
• Çözeltide iyonlaşmamış asit ve iyonların bir karışımı
vardır.
• Bu yüzden,zayıf asitler dengededir
HA(aq) + H2O(l)
HA(aq)
+
• Zayıf bazlar maddelerden proton uzaklaştırırlar.
• Bazla oluşturacağı iyonlar arasında bir denge vardır :
Weak base + H2O
-
H3O+(aq) + A-(aq) K = [ H 3O ][A ]
a
e
[HA]
rin
ye
n r
ni bili
i
r
e
i
rb geç
Bi
+
[H ][A - ]
Ka =
[HA ]
H+(aq) + A-(aq)
conjugate acid + OH-
• Örneğin :
NH3(aq) + H2O(l)
NH4+(aq) + OH-(aq)
• Bazın iyonlaşma sabiti, Kb, aşağıdaki gibi yazılır ;
Kb =
[ NH 4+ ][OH - ]
[ NH3 ]
Asit iyonlaşma yüzdesi
• Asitin kuvvetliliğini ortaya koymak için bir diğer
metottur.
• Aşağıdaki reaksiyon için ;
HA(aq) + H2O(l)
% iyonlasma =
H3O+(aq) + A-(aq)
[H 3O + ]denge
[HA ]0
× 100
8
Zayıf Asitler (Poliprotik)
• Poliprotik asitler birden daha fazla iyonlaşabilen protona
sahiptirler.
• Protonlar bir anda değil basamak basamak uzaklaşırlar.
H2SO3(aq)
H+(aq) + HSO3-(aq)
Ka1 = 1.7 x 10-2
HSO3-(aq)
H+(aq) + SO32-(aq)
Ka2 = 6.4 x 10-8
• Poliprotik asitlerde ilk protonu uzaklaştırmak,
ikincisinden daha kolaydır.
• Bu yüzden, Ka1 > Ka2 > Ka3 ...
Poliprotik Asit Örnekleri
Monoasit Çözeltilerinde [H+] ve pH hesabı
1. Kuvvetli Asitler
Su ortamında seyreldikçe çözeltilerinde tamamen
iyonlarına ayrışan asitlerdir. Böyle asitlerde Ka= ∞ olur.
A) Bunların çözeltilerinde [H+] iyonu derişimi 10-6 M’ın
üstünde olduğu zaman
[H+] = CA CA=asitin başlangıç derişimi

Aslında [H+] = CA + [OH-] olur.
Çünkü birde suyun iyonlaşmasından meydana gelen
[OH-] vardır. Fakat [H+] derişimi yanında ihmal edilir.
pH = - log [H+] = - log [CA]
9
1. Kuvvetli Asitler
B) CA= 10-6 M’dan daha düşük olduğu zaman
yukarıdaki eşitlikte CA yanında [OH-] ihmal edilemez.
Çünkü büyüklükleri yakındır.
[H+] = CA + [OH-] CA=asitin başlangıç derişimi
[H+].[OH-]=1.10-14

[OH − ] =
K su
[H + ]
[ H + ]2 − C A .[ H + ] − K su = 0
[H + ] = CA +
[H + ] =
[ H + ].[ A− ]
Ka =
[ HA]
K su
[H + ]
[HA]= CA – [H+]
[H+]
olmasına rağmen
ihmal edilebilir ve [H+]=[A-]
Yerine konursa
[ H + ] = K a .C A
C A + C A2 + 4.K su
2
2. Zayıf Asitler
Zayıf asitler sulu ortamda
HA ↔ H+ + A- dengesini meydana getirirler. Böyle bir
tepkime için denge ifadesi ;
Monobaz Çözeltilerinde [OH-] ve pOH hesabı
1. Kuvvetli Bazlar
Su ortamında seyreldikçe çözeltilerinde tamamen
iyonlarına ayrışan bazlardır. Böyle bazlarda Kb= ∞ olur.
A) Bunların çözeltilerinde [OH-] iyonu derişimi 10-6 M’ın
üstünde olduğu zaman
[OH-] = CB CB=bazın başlangıç derişimi

3. Çok Zayıf Asitler
Seyreltik çözeltilerinde bile eser halde iyonlarına ayrılan
asitlere denir. Bunlar asitlik sabitleri 10-9 ve daha küçük
olan asitlerdir.
Böyle asitler için ;
pOH = - log [OH-] = - log [CB]
[ H + ] = K a .C A + K su
10
1. Kuvvetli Bazlar
B) CB= 10-6 M’dan daha düşük olduğu zaman
[OH-] = CB + [H+] CB=bazın başlangıç derişimi
2. Zayıf Bazlar
Zayıf bazlar sulu ortamda
B + H2O ↔ BH+ + OH- dengesini meydana getirirler.
Böyle bir tepkime için denge ifadesi ;

[H+].[OH-] = Ksu = 1.10-14
K su
[H ] =
[OH − ]
+
[OH− ]2 − CB .[OH− ] − Ksu = 0
[OH − ] = C B +
[OH − ] =
K su
[OH − ]
2
3. Çok Zayıf Bazlar
Seyreltik çözeltilerinde bile eser halde iyonlarına ayrılan
bazlara denir. Bunlar bazlık sabitleri 10-9 ve daha küçük
olan bazlardır.
[OH-]=[BH+]
olmasına rağmen
yerine konursa
Örnek

Derişimi 1.10-7 M olan HCI asidin [H+] iyon
derişimini ve pH’ını bulunuz.
CA < 1.10-6 olduğundan ;
Böyle bazlar için ;
[H + ] =
[OH − ] = K b .C B + K su
[B]= CB – [BH+]
[OH − ] = K b .C B
C B + C B2 + 4.K su

[OH − ].[ BH + ]
Ka =
[ B]
[H + ] =
C A + C A2 + 4.K su
2
1.10 −7 + (1.10 −7 ) 2 + 4.1.10 −14
= 1,67.10 −7 M
2
pH= 6,8
11
Örnek

Örnek
Derişimi 0.1 M olan asetik asit çözeltisindeki
tanecik derişimini ve pH , pOH’ını hesaplayınız.
Ka=1,8.10-5
[H+].[OH-]
= Ksu =
1.10-14
[ H + ] = 1,8.10 −5.0,1 = 1,3.10 −3 M
1,3.10-3.[OH-]
0,01 M piridin (C6H5N) çözeltisinin pOH’ını
hesaplayınız. Kb=1,6.10-9
Kb= 10-9 ve daha küçük olan bazlar, çok zayıf bazdır.
Ancak Kb> 10-9 olduğundan zayıf bazdır.
Ka verildiğine göre zayıf asittir !!!
[ H + ] = K a .C A

1.10-14
=
[OH-] = 7,69.10-12
[OH − ] = K b .C B
[OH − ] = 1,6.10 −9.0,01 = 4.10 −6
pOH = − log[OH − ] = − log(4.10 −6 )
pOH = 5,4
pH =2.89
pOH=11.11
Örnek

Örnek
1,25 M karbonik asit (H2CO3) çözeltisinin pOH’ı
kaçtır. Ka= 4,2.10-7
Ka verildiğine göre zayıf asittir !!!

Derişimi 2.10-7 M olan NaOH asidin pH’ını
bulunuz.
CB < 1.10-6 olduğundan ;
[OH − ] =
[ H + ] = K a .C A
[ H + ] = 4,2.10 −7.1,25 = 7,25 .10 −4 M
[OH − ] =
2.10 −7 + ( 2.10 −7 ) 2 + 4.1.10 −14
2
pH = 3,14
pOH= 6,62
pOH=10,86
pH=7,38
C B + C B2 + 4.K su
2
= 2,41.10 − 7
12
Örnek

Derişimi 1.10-3 M olan borik asit (H3BO3)
çözeltisinin pH’ını hesaplayınız. Ka=7,3.10-10
Titrasyon
Ka ,10-9 ‘den daha küçük olduğuna göre çok zayıf bazdır.
[ H + ] = K a .C A + K su
[ H + ] = 7,3.10 −10.10 −3 + 1.10 −14 = 8,6.10 −7
pH= -log(8,6.10-7)=6,07
Asit ve Baz reaksiyona girdiğinde
Soru ??
pH= -log[H+] and pOH= -log[OH-]
pH
Tuz
ve
Su
[H+]
pOH
[OH-]
3.0
8.0
6.0
0.001 M
0.001 M
1 X 10-5 M
1X
10-4
M
[H3O+][OH-] = 1 x 10-14
13

kimya ıı ders notları

Transkript

Benzer belgeler

GENEL KİMYA DERS NOTLARI

Eda Kocakaya İletişim Bilgileri E-Posta : edalimseker_132@hotmail

Deney 7 Gazların Difüzyonu

YÜKSEKÖĞRETİM KURULU

SANAYİ VE TEKNOLOJİ TEZLERİ YARIŞMASI

Sayı 2 Temmuz 2015 - İletişim Fakültesi