Tampon çözeltiler, tuzlar, titrasyon ve çökelme
Bir önceki ünitede pH’ın ne olduğunu gördün. Burada onu sabit tutan, tuzdan tahmin eden, ölçerek bulan ve çökeltiyle sınırlayan dört uygulamayı göreceksin. Hepsinin altında aynı şey var: sulu çözeltide kurulan bir denge.
Az miktarda asit veya baz eklendiğinde ortamın pH değerinin değişimine direnç gösteren çözeltilerdir. Tampon çözeltiler zayıf asit ile tuzu (konjuge bazı) veya zayıf baz ile tuzundan (konjuge asidinden) oluşan çözeltilerdir.
Tampon çözeltiler tuz/asit veya eşlenik baz/asit şeklinde ifade edilir.
CH₃COONa / CH₃COOH → Asidik tampon
NH₄Cl / NH₃ → Bazik tampon
Zayıf asitler: HF, HCN, H₂CO₃, HCOOH, CH₃COOH… · Zayıf bazlar: NH₃, CH₃NH₂…
CH₃COONa → CH₃COO⁻ + Na⁺
Asit ilavesi: CH₃COO⁻ + H⁺ ⇌ CH₃COOH
Baz ilavesi: CH₃COOH + OH⁻ ⇌ CH₃COO⁻ + H₂O
Görüldüğü gibi asit ve baz tüketileceğinden pH değişmez.
İki kap yan yana: solda tampon çözelti (CH₃COONa/CH₃COOH), sağda saf su. Kaydırak ikisine de aynı miktarda asit ya da baz ekliyor (ortada sıfır, sola asit, sağa baz). İki pH iğnesi birlikte hareket ediyor: saf suyunki hemen uçuyor, tamponunki neredeyse yerinde duruyor. Solda ayrıca hangi tepkimenin çalıştığı canlı yazılıyor — asit eklenince CH₃COO⁻ + H⁺ ⇌ CH₃COOH, baz eklenince CH₃COOH + OH⁻ ⇌ CH₃COO⁻ + H₂O — ve tüketilen türün kutusu küçülüyor. Aşırı ekleme yapıldığında tamponun da kapasitesi tükeniyor ve iğne kaymaya başlıyor.
Organizmada en önemlisi HCO₃⁻/H₂CO₃ olan çeşitli tampon sistemlerle:
Asetat/asetik asit tamponu asitlik düzenleyici olarak konservelerde kullanılır.
Üçüncü madde şaşırtıcı görünür ama gerekçesi basit: tamponun pH’ını belirleyen tuz ile asidin oranıdır; su eklemek ikisini de aynı oranda seyrelttiği için oran değişmez.
Asitlerle bazların tuz ve su oluşturmak üzere tepkimesine “nötralleşme” denir. Bir tuzun su ile etkileşerek kendisini oluşturan asit ve bazı oluşturmasına “hidroliz” denir. Her tuz hidroliz olmaz. Tuzlar; asidik, bazik veya nötr olabilir.
Tuzlar kendilerini oluşturan asit ve bazdan kuvvetli olan bileşenin özelliğini gösterir ve zayıf bileşenden gelen iyon hidroliz olur.
Sol düğmeler asidi, sağ düğmeler bazı seçiyor (her birinden ikisi kuvvetli, ikisi zayıf). Canvas seçilen ikiliyi iki kutu hâlinde çiziyor, her kutunun altına KUVVETLİ / ZAYIF etiketi basıyor ve ortada oluşan tuzun formülünü yazıyor. Altındaki büyük rozet ASİDİK TUZ / BAZİK TUZ / NÖTR TUZ arasında geçiyor. En altta o tuzun hidroliz tepkimesi canlı yazılıyor — nötr tuz seçildiğinde tepkime satırının yerine “HİDROLİZ OLMAZ” geliyor. Zayıf asit + zayıf baz seçilirse rozet yerine Ka ↔ Kb terazisi çıkıyor.
HCl + NH₃ → NH₄Cl
NH₄Cl tuzunda zayıf bileşenden gelen NH₄⁺ hidroliz olur. Oluşan H₃O⁺ iyonu asitliğe sebep olur.
NH₄⁺ + H₂O → NH₃ + H₃O⁺ → ortam asidik
Yapısında bir veya daha fazla proton içeren HSO₄⁻ gibi anyonlar bulunduran NaHSO₄ gibi tuzlar asidiktir.
NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O
Sodyum asetat tuzunda CH₃COO⁻ anyonu hidroliz olarak kendisini oluşturan aside dönüşür. Açığa çıkan OH⁻ iyonu ortamı bazik yapar.
CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ → ortam bazik
Zayıf bir asit ile zayıf bir baz arasında oluşan tuzun nötr, asidik veya bazik olduğunu bulmak için tuzu oluşturan asit ve bazın katyon (Ka) ve anyon (Kb) değerlerine bakılır.
Yani iki bileşen de zayıfsa “kuvvetli olan kazanır” kuralı işlemez; hangisinin daha az zayıf olduğuna sayıyla bakılır.
| Asit | Baz | Tuz | Hidroliz olan iyon | Çözelti |
|---|---|---|---|---|
| Kuvvetli | Kuvvetli | NaCl | Yok | NÖTR |
| Kuvvetli | Zayıf | NH₄Cl | NH₄⁺ (katyon) | ASİDİK |
| Zayıf | Kuvvetli | CH₃COONa | CH₃COO⁻ (anyon) | BAZİK |
| Zayıf | Zayıf | CH₃COONH₄ | İkisi de | Ka ↔ Kb karşılaştırılır |
Hacmi bilinen ancak derişimi bilinmeyen bir asidin (veya bazın), hacmi ve derişimi bilinen bir asitle (veya bazla) nötralleştirilmesi yöntemine “titrasyon” denir. Kısacası kontrollü nötralleşme olayıdır.
Bu noktada nH⁺ = nOH⁻’dir ve şu bağıntı kullanılır:
MA·VA·DA = MB·VB·DB
(M = Molarite, V = Hacim, D = Değerlik, A = Asit, B = Baz)
Asidin değerliği suda oluşturduğu H⁺ iyonu sayısıdır (HCl = 1 değerlikli asit, H₂SO₄ = 2 değerlikli asit). Bazın değerliği suda oluşturduğu OH⁻ iyonu sayısıdır (NaOH = 1 değerlikli baz, Ca(OH)₂ = 2 değerlikli baz).
Solda gerçek bir düzenek çizili: büret (içinde standart çözelti), altında erlenmayer (içinde analit + indikatör). Kaydırak büretten damlatılan hacmi artırıyor: büretin seviyesi iniyor, damlalar düşüyor ve erlenmayerin rengi dönüm noktasında bir anda değişiyor. Sağda titrasyon eğrisi aynı anda çiziliyor; dönüm noktası işaretli. Üstteki düğmeler titrasyon türünü değiştiriyor — kuvvetli asit/kuvvetli baz, kuvvetli asit/zayıf baz, zayıf asit/kuvvetli baz — ve eğrinin dönüm noktası 7’den yukarı ya da aşağı kayıyor. Alt satırda MAVADA = MBVBDB hesabı canlı yapılıyor.
Sebebi bir önceki bölüm: oluşan tuz kuvvetli olan bileşenin özelliğini gösterir. Eşdeğerlik noktasında kapta asit de baz da kalmamıştır, tuz vardır — ve pH’ı o tuz belirler.
Titrasyon grafiği yardımıyla erlendeki çözeltinin başlangıç derişimi kullanılarak grafiğin başlangıç noktasındaki pH değeri belirlenir. Eşdeğerlik noktasındaki harcanan titrant hacmi yardımıyla standart çözeltinin eşdeğerlik noktasındaki mol sayısı bulunabilir.
Titrasyon işleminde:
| Değişken | Faktörler |
|---|---|
| Tepkime Entalpisi (ΔH) | Madde cinsi, sıcaklık, basınç, fiziksel hâl, madde miktarı |
| Hız (RH = v = r) | Derişim, madde cinsi, sıcaklık, temas yüzeyi, katalizör |
| Hız sabiti (k) | Sıcaklık, katalizör, yüzey |
| Denge | Derişim, sıcaklık, basınç, hacim |
| Denge sabiti (K) | Sıcaklık, denklem değiştirme |
| Çözünürlük (s) | Sıcaklık, basınç, madde cinsi, ortak iyon |
| Çözünürlük çarpımı (Kçç) | Sıcaklık, denklem değiştirme |
Son iki satırı yan yana oku: ortak iyon çözünürlüğü değiştirir ama çözünürlük çarpımını değiştirmez. Bu tablo tek başına birçok soruyu çözer.
İki elektrolit çözelti karıştırıldığında suda az çözünen bir katının oluştuğu tepkimelerdir. Tanım olarak: çözünürlüğü az olan iyonik katıların sudaki çözeltilerinde çözünme hızının çökme hızına eşit olması hâlidir. Dengedeki çözelti doymuş çözeltidir.
NaCl(k) → Na⁺(suda) + Cl⁻(suda)
Yemek tuzu suda çok çözünür.
AgCl(k) ⇌ Ag⁺(suda) + Cl⁻(suda)
AgCl katısı ise suda az çözünür. Denge hâlinde bulunur.
Kçç = [Ag⁺][Cl⁻]
Denge bağıntısında katı hâldeki AgCl bulunmaz.
Çözünürlük: s — birimi (mol/L) = M. Doymuş çözeltinin molar derişimidir. Maddenin molar çözünürlüğü 1 litre doymuş çözeltide çözünen mol sayısıdır.
Çözünürlük çarpımı: Kçç — çözünürlük denge sabitidir. Yalnız deneysel olarak bulunur. Sıcaklığa bağlıdır.
Düğmeler dört tuz formülünü seçiyor (AB · AB₂ veya A₂B · AB₃ veya A₃B · A₂B₃). Canvas seçilen formül için önce çözünme denklemini yazıyor, sonra her iyonun derişimini s cinsinden kutucuklara koyuyor (2s, 3s gibi katsayılarla) ve Kçç ifadesini adım adım kuruyor: [A][B]ⁿ → sabit·s^m. Kaydırak Kçç değerini değiştiriyor ve bulunan s altta hem sayı hem çubuk olarak gösteriliyor. Kritik nokta canvasta yazılı: aynı Kçç değeri, formülü farklı iki tuzda farklı çözünürlük verir.
| Tuzun formülü | Kçç | Çözünürlük (s) |
|---|---|---|
| AB | s² | √Kçç |
| AB₂ veya A₂B | 4s³ | ∛(Kçç/4) |
| AB₃ veya A₃B | 27s⁴ | ⁴√(Kçç/27) |
| A₂B₃ | 108s⁵ | ⁵√(Kçç/108) |
XY bileşiğinin Kçç = 1·10⁻⁴, ZK bileşiğinin Kçç = 1·10⁻³ ise Kçç’si büyük olan ZK’nın çözünürlüğü de büyüktür. Ancak sadece Kçç’ye bakmak yetmez. Bileşik formülü bilinmelidir.
Sebebi yukarıdaki tablo: AB tuzunda s = √Kçç iken A₂B₃ tuzunda s = ⁵√(Kçç/108). Aynı Kçç ikisinde tamamen farklı s verir. İki tuzu doğrudan karşılaştırmak ancak formülleri aynı tipteyse mümkündür.
Benzer benzeri çözer. Polar maddeler, polar çözücülerde çözünür.
Gazların çözünürlüğü basınç arttıkça artar.
Sıcaklık hem çözünürlüğü hem çözünürlük çarpımını değiştirir.
Endotermik çözünme: sıcaklık artınca Kçç artar. Ekzotermik çözünme: sıcaklık artınca Kçç azalır.
Gazlar daima ekzotermik çözünür — bu yüzden sıcak suda gaz çözünürlüğü düşer.
Kap içinde AgCl(k) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻ dengesi çizili. Kaydırak, çözeltiye dışarıdan eklenen Cl⁻ derişimini artırıyor (örneğin NaCl çözeltisiyle). Kap içinde çökelmiş katı yığını gerçekten büyüyor, çözünmüş Ag⁺ sayısı azalıyor. Sağda iki çubuk var: çözünürlük (s) çubuğu kısalırken, Kçç = [Ag⁺][Cl⁻] çubuğu hiç kıpırdamıyor. Bu iki çubuğun birlikte davranışı, “çözünürlük çarpımı değişmez ama çözünürlüğü azalır” cümlesinin görünür hâli. Kaydırağı sıfıra çektiğinde saf su durumuna dönülüyor ve çözünürlük en yüksek değerini alıyor.
Bir çözünme olayında maksimum düzensizlik ve minimum enerji eğilimleri ürünler yönünde ise o maddenin çözünürlüğü yüksektir.
Bir önceki ünitedeki denge mantığının burada karşılığı: iki eğilim de aynı yönü işaret ediyorsa olay neredeyse tersinmez biçimde o yöne gider — çözünme durumunda bu, tuzun bol miktarda çözünmesi demektir.
| Etki | Çözünürlük (s) | Çözünürlük çarpımı (Kçç) |
|---|---|---|
| Sıcaklığı değiştirmek | Değişir | Değişir |
| Ortak iyon eklemek | Azalır | Değişmez |
| Basıncı artırmak (gazlarda) | Artar | Değişmez |
| Madde cinsini değiştirmek | Değişir | Başka bir maddenin sabitidir |
Bu tablonun tek satırında iki sütun birden değişiyor: sıcaklık. Denge sabitleri için geçen kuralın burada da aynen işlediğini görüyorsun — Kçç de bir denge sabitidir.
Yoğun koşuda kaslar asit üretir ama kanın pH’ı 7,4’te kalır. Sebebi HCO₃⁻/H₂CO₃ tamponu: fazla H⁺’yi bağlayıp pH’ı yerinde tutuyor.
İçindekiler kısmında “asitlik düzenleyici” yazar. Asetat/asetik asit tamponu asitlik düzenleyici olarak konservelerde kullanılır — kutunun içindeki pH aylarca sabit kalsın diye.
Mide özsuyu pH ≈ 1,5, kan pH = 7,4. İkisi de tampon sistemlerle sabit tutulur; vücut bunlara çok dar aralıkta izin verir.
Öğretmenin damlattığı fenolftalein bir indikatör: dönüm noktasında bir anda renk değiştirir. Renk değişimi anı, eşdeğerlik noktasıdır.
Suda az çözünen tuzlar sınırı aşınca çökelir. Kçç değeri küçük olan tuz, az bir derişimde bile katı hâlde ayrılır — banyodaki beyaz tabaka budur.
Zaten tuzlu olan suya yeni tuz atınca daha zor çözünür: ortak iyon etkisi. Bir tuzun saf sudaki çözünürlüğü en fazladır.
Buzdolabından çıkan gazoz daha gazlıdır. Gazlar daima ekzotermik çözünür, yani sıcaklık artınca çözünürlükleri düşer ve CO₂ kaçar.
Akvaryumcu “tampon çözelti” satar: su değişiminde pH’ın sıçramaması için. Balıklar ani pH değişimine dayanamıyor, dereceli değişime dayanıyor.
Sodyum bikarbonat zayıf asidin tuzudur; suda bazik davranır. Yandığında serinlik hissi vermesi bu yüzden — tuz kendini oluşturan asidin değil bazın özelliğini gösteriyor.
57 soruluk test · tampon çözeltiler ve çalışma mekanizması, tuzların asit-bazlığı ve hidroliz, titrasyon düzeneği, indikatörler, eşdeğerlik noktası ve MAVADA = MBVBDB, çözünürlük ve çözünürlük çarpımı, ortak iyon etkisi
Az miktarda asit veya baz eklendiğinde ortamın pH değerinin değişimine direnç gösteren çözeltilerdir. Zayıf asit ile tuzundan (konjuge bazı) veya zayıf baz ile tuzundan (konjuge asidi) oluşur. tuz/asit ya da eşlenik baz/asit biçiminde yazılır.
CH₃COONa/CH₃COOH → asidik tampon. NH₄Cl/NH₃ → bazik tampon. Asit ilavesinde CH₃COO⁻ + H⁺ ⇌ CH₃COOH, baz ilavesinde CH₃COOH + OH⁻ ⇌ CH₃COO⁻ + H₂O; asit ve baz tüketileceğinden pH değişmez.
Kuvvetli asit + kuvvetli baz → nötr tuz (hidroliz olmaz). Kuvvetli asit ve kuvvetli baz karışımından tampon çözelti elde edilemez. Tampon çözeltiye aynı sıcaklıkta az miktarda su eklemek ya da buharlaştırmak pH’ı değiştirmez.
Organizmada en önemlisi HCO₃⁻/H₂CO₃ olan tampon sistemlerle kanın pH değeri 7,4, mide özsuyunun pH değeri yaklaşık 1,5 civarında sabit tutulur. Asetat/asetik asit tamponu konservelerde asitlik düzenleyici olarak kullanılır.
Asitlerle bazların tuz ve su oluşturmak üzere tepkimesine “nötralleşme” denir. Bir tuzun su ile etkileşerek kendisini oluşturan asit ve bazı oluşturmasına “hidroliz” denir. Her tuz hidroliz olmaz; tuzlar asidik, bazik veya nötr olabilir.
Tuzlar kendilerini oluşturan asit ve bazdan kuvvetli olan bileşenin özelliğini gösterir ve zayıf bileşenden gelen iyon hidroliz olur. Kuvvetli bazların katyonları, kuvvetli asitlerin anyonları hidroliz olmaz.
Kuvvetli asit + zayıf baz → asidik tuz: HCl + NH₃ → NH₄Cl; NH₄⁺ + H₂O → NH₃ + H₃O⁺, ortam asidik. Kuvvetli baz + zayıf asit → bazik tuz: NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O; CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻, ortam bazik. NaHSO₄ gibi proton içeren anyonlu tuzlar asidiktir.
Zayıf asit ile zayıf bazdan oluşan tuzda Ka ve Kb karşılaştırılır: Ka > Kb → asidik, Ka = Kb → nötr, Ka < Kb → bazik.
Kontrollü nötralleşme olayıdır. Hacmi bilinen ama derişimi bilinmeyen bir asidin (veya bazın), hacmi ve derişimi bilinen bir asitle (veya bazla) nötralleştirilmesidir. Standart çözelti = hacim ve derişimi belli olan çözelti; bürete konur, derişimi belli olmayan erlenmayere. Büretten damlatılan titrant, titre edilen analittir.
İndikatörler ortamın pH değerine göre renk değiştiren organik veya inorganik maddelerdir — alizarin sarısı, fenolftalein, bromtimol mavisi. Metil oranj genellikle asit aralığında renk değiştirir. Eşdeğerlik (dönüm) noktası renk değişiminin olduğu nötralleşme anıdır ve orada nH⁺ = nOH⁻’dir.
MAVADA = MBVBDB (M = molarite, V = hacim, D = değerlik). Asidin değerliği suda oluşturduğu H⁺ sayısı (HCl = 1, H₂SO₄ = 2), bazın değerliği oluşturduğu OH⁻ sayısıdır (NaOH = 1, Ca(OH)₂ = 2).
Kuvvetli asit + kuvvetli baz → pH = 7. Kuvvetli asit + zayıf baz → pH < 7. Zayıf asit + kuvvetli baz → pH > 7. Titrasyon işleminde nH⁺ > nOH⁻ ise asidik, nH⁺ < nOH⁻ ise baziktir.
İki elektrolit çözelti karıştırıldığında suda az çözünen bir katının oluştuğu tepkimelerdir. Çözünme hızının çökme hızına eşit olması hâlidir; dengedeki çözelti doymuş çözeltidir. AgCl(k) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻ için Kçç = [Ag⁺][Cl⁻]; katı bağıntıda bulunmaz.
Çözünürlük (s): doymuş çözeltinin molar derişimi, birimi mol/L; 1 litre doymuş çözeltide çözünen mol sayısıdır. Kçç: çözünürlük denge sabitidir, yalnız deneysel olarak bulunur, sıcaklığa bağlıdır. Kçç küçüldükçe çözünürlük azalır.
AB → Kçç = s² → s = √Kçç. AB₂ veya A₂B → Kçç = 4s³ → s = ∛(Kçç/4). AB₃ veya A₃B → Kçç = 27s⁴ → s = ⁴√(Kçç/27). A₂B₃ → Kçç = 108s⁵ → s = ⁵√(Kçç/108). Bu yüzden sadece Kçç’ye bakmak yetmez, bileşik formülü bilinmelidir.
Çözünürlük çarpımı sadece az çözünen iyonik katılar için kullanılır. Moleküler çözünen katıların çözünürlük çarpımları yoktur. Suda çok çözünen tuzların Kçç değerleri verilmez. Çözünürlük dengesinin kurulabilmesi için çözeltinin mutlaka doygun olması gerekir.
1 Madde cinsi: benzer benzeri çözer, polar maddeler polar çözücülerde çözünür. 2 Basınç: gazların çözünürlüğü basınç arttıkça artar. 3 Sıcaklık: hem çözünürlüğü hem çözünürlük çarpımını değiştirir; gazlar daima ekzotermik çözünür. 4 Ortak iyon.
Sabit sıcaklıkta bir katı ortak iyon içeren bir çözeltide çözündüğünde katının çözünürlük çarpımı değişmez ama çözünürlüğü azalır. Ortak iyon derişimi arttıkça çözünürlük azalır. Bir tuzun saf sudaki çözünürlüğü en fazladır. Çözünürlüğü az olan tuzdan gelen iyonun derişimi, ortak iyon derişimi yanında ihmal edilir.