AYT TAMPON ÇÖZELTİLER, TUZLAR VE TİTRASYON

AYT tampon çözeltiler, tuzlar ve titrasyon konu anlatımı kapsamında nötrleşme tepkimeleri, tamponların pH değişimine direnme mekanizması, tuz hidrolizi, titrasyon düzeneği, eşdeğerlik noktası, indikatörler ve titrasyon eğrileri işlenecektir.
AYT kimya konularının tamamına AYT konu anlatımı arşivinden ulaşabilirsiniz.

Nötrleşme Tepkimeleri

Nötrleşmenin Tanecik Düzeyindeki Anlamı

Asit çözeltisi H⁺ ya da daha doğru gösterimle H₃O⁺ (hidronyum), baz çözeltisi ise OH⁻ (hidroksit) iyonu sağlar. Bu iki iyon birleştiğinde su oluşur. Kuvvetli bir asit ile kuvvetli bir bazın tepkimesinde temel olay H⁺(suda)+OH⁻(suda)→H₂O(s) net iyon denklemidir.

HCl+NaOH→NaCl+H₂O denkleminde Na⁺ ve Cl⁻ iyonları tepkime öncesinde ve sonrasında değişmeden çözeltide kalır. Bu tür iyonlara seyirci iyon denir. Nötrleşme sonucunda tuz ve çoğu durumda su oluşması, son çözeltinin her zaman nötr olduğu anlamına gelmez; asit veya bazın artması ya da oluşan tuzun hidrolizi pH’ı değiştirebilir.

Tam Nötrleşme ve Eşdeğer Miktar

Tam nötrleşme, asitten gelen H⁺ molü ile bazdan gelen OH⁻ molünün eşit olmasıdır. Bir mol H₂SO₄‘ün iki mol H⁺, bir mol Ca(OH)₂‘nin iki mol OH⁻ sağladığı kabul edilen bir tepkimede yalnız asit ve baz molünü karşılaştırmak yeterli değildir.

Asit için eşdeğer H⁺ miktarı n(H⁺)=M_AV_Az_A, baz için eşdeğer OH⁻ miktarı n(OH⁻)=M_BV_Bz_B ile bulunur. M molar derişimi, V litre cinsinden hacmi, z ise asidin verebildiği H⁺ veya bazın verebildiği OH⁻ sayısını gösterir. Tam nötrleşmede bu iki miktar eşittir.

Kısmi Nötrleşme ve Artan İyonun pH’a Etkisi

H⁺ ile OH⁻ eşit değilse küçük olan miktar tamamen tüketilir, büyük olanın farkı çözeltide kalır. Artan H⁺ çözeltinin asidik, artan OH⁻ ise bazik olmasına yol açar. Artan iyonun derişimi, fark molünün karışımın toplam hacmine bölünmesiyle bulunur.

25 °C’de 100 mL 0,10 M H₂SO₄ ile 100 mL 0,10 M NaOH karıştırılırsa 0,020 mol H⁺‘a karşı 0,010 mol OH⁻ bulunur. Artan 0,010 mol H⁺ toplam 0,200 L’de 0,050 M olur; pH=−log(5×10⁻²)=2−log5≈1,30’dur.

Tampon Çözeltiler

Tampon Çözeltinin Bileşenleri

Tampon çözelti, az miktarda kuvvetli asit veya kuvvetli baz eklendiğinde pH’ı saf suya göre çok daha az değişen çözeltidir. Asidik tampon, zayıf bir asit HA ile onun eşlenik bazı A⁻‘yi; bazik tampon ise zayıf bir baz B ile onun eşlenik asidi BH⁺‘yi birlikte içerir.

CH₃COOH/CH₃COO⁻ asidik, NH₃/NH₄⁺ bazik tampon çiftidir. Eşlenik iyon çoğunlukla iyi çözünen bir tuzdan sağlanır: CH₃COONa suda CH₃COO⁻, NH₄Cl ise NH₄⁺ verir. HCl/NaCl veya NaOH/NaCl karışımı tampon değildir; güçlü asit ya da güçlü baz ile bunların çok zayıf eşlenik türleri iki yönlü tüketme mekanizması kuramaz.

Eklenen Asit ve Bazın Tüketilmesi

Asidik tamponda eklenen H⁺, eşlenik baz tarafından bağlanır: A⁻+H⁺→HA. Eklenen OH⁻ ise zayıf asitle tepkimeye girer: HA+OH⁻→A⁻+H₂O. Böylece kuvvetli asit veya baz serbest hâlde birikmek yerine tampon bileşenlerinden birine dönüşür.

Bu direnç sınırsız değildir. Eklenen güçlü asit miktarı A⁻ miktarını, güçlü baz miktarı HA miktarını aşarsa ilgili tampon bileşeni tükenir ve pH hızlı değişir. Bu nedenle “tamponun pH’ı değişmez” yerine “tampon kapasitesi içinde pH değişimi sınırlıdır” ifadesi daha doğrudur.

Tampon Oluşumu, Seyreltme ve Kapasite

Tampon yalnız hazır zayıf asit ve tuzunu karıştırarak oluşmaz. Zayıf asidin bir bölümü kuvvetli bazla nötrleştirilirse çözeltide hem artan zayıf asit hem oluşan eşlenik baz bulunabilir. Örneğin 0,10 mol CH₃COOH’a 0,04 mol NaOH eklendiğinde 0,04 mol asit tüketilir; 0,06 mol CH₃COOH ve 0,04 mol CH₃COO⁻ kaldığı için tampon oluşur.

Aynı sıcaklıkta saf su eklenmesi HA ve A⁻ derişimlerini aynı oranda azalttığından oranları yaklaşık korunur; bu nedenle tampon pH’ı çok az değişir. Bununla birlikte birim hacimdeki tampon bileşenleri azaldığı için tampon kapasitesi, yani eklenen asit veya bazı etkisizleştirebilme miktarı düşer. Buharlaştırmada ters yönde bir derişim değişimi olur; çözünenler çökelmiyor ve sıcaklık sabit kalıyorsa bileşen oranı yine korunur.

Tuzların Asit–Baz Karakteri ve Hidroliz

Tuz İyonlarının Suyla Etkileşimi

Tuz suda çözündüğünde katyon ve anyonlarına ayrılır. Bu iyonlardan biri suyla proton alışverişine girerse hidroliz gerçekleşir. Zayıf asidin eşlenik bazı sudan proton alabilir: A⁻+H₂O⇌HA+OH⁻. Zayıf bazın eşlenik asidi ise suya proton verebilir: BH⁺+H₂O⇌B+H₃O⁺.

Kuvvetli asitlerin Cl⁻, Br⁻, I⁻ ve NO₃⁻ gibi eşlenik bazları; kuvvetli bazların Na⁺, K⁺ gibi katyonları suyla anlamlı hidroliz vermez. Buna karşılık F⁻, CN⁻, CH₃COO⁻ bazik; NH₄⁺ ve alkilamonyum iyonları asidik hidroliz gösterebilir.

Nötr, Asidik ve Bazik Tuzlar

Kuvvetli asit–kuvvetli baz kökenli NaCl ve KNO₃ gibi tuzların iyonları hidrolize uğramadığından çözeltileri yaklaşık nötrdür. Kuvvetli asit–zayıf baz kökenli NH₄Cl’de NH₄⁺ hidroliz olur ve çözelti asidikleşir. Zayıf asit–kuvvetli baz kökenli CH₃COONa’da CH₃COO⁻ hidroliz olur ve çözelti bazikleşir.

Zayıf Asit–Zayıf Baz Tuzları

Hem katyon hem anyon hidrolize uğrayabiliyorsa yalnız “zayıf bileşenden gelen iyon hidroliz olur” kuralı yönü belirlemeye yetmez. Katyonun asitlik sabiti K_a ile anyonun bazlık sabiti K_b karşılaştırılır. K_a>K_b ise çözelti asidik, K_a<K_b ise bazik, yaklaşık eşitse nötr kabul edilir.

Bu karşılaştırmada aynı tür sabitler kullanılmalıdır. Örneğin BH⁺A⁻ tuzu için BH⁺‘ın K_a‘sı ve A⁻‘nin K_b‘si karşılaştırılır. Ana zayıf baz B’nin K_b‘si ile ana zayıf asit HA’nın K_a‘sını doğrudan karşılaştırmak ters yorum riski doğurabilir; gerekirse K_a(BH⁺)=K_su/K_b(B) ve K_b(A⁻)=K_su/K_a(HA) kullanılır.

Asidik Hidrojen İçeren Tuzlar

Tuzun adında veya formülünde metal katyonu bulunması tek başına nötr ya da bazik karakter garantisi değildir. NaHSO₄ ve NaH₂PO₄ gibi tuzlarda anyon hâlâ verebileceği proton taşır. HSO₄⁻ suya proton vererek H₃O⁺ oluşturabildiği için NaHSO₄ çözeltisi asidiktir.

HCO₃⁻ ve H₂PO₄⁻ gibi bazı iyonlar hem proton alabilir hem verebilir; bunlara amfiprotik iyon denir. Son çözeltinin karakteri, bu iki eğilimden hangisinin daha güçlü olduğuna bağlıdır. Bu nedenle bütün hidrojenli tuzlara yalnız formüle bakarak aynı hüküm verilmez.

Asit–Baz Titrasyonu

Titrasyon Düzeneği ve Temel Terimler

Titrasyon, derişimi bilinmeyen bir asit veya baz çözeltisinin derişimini, derişimi bilinen başka bir çözeltiyle verdiği tepkimeden belirleme yöntemidir. Derişimi bilinen ve damla damla eklenen çözeltiye titrant, derişimi aranan çözeltiye analit denir.

Titrant, hacmi hassas okunabilen dereceli bürete konur. Büretin altındaki vana akış hızını ayarlar. Belirli hacimde analit pipetle erlenmayere aktarılır; birkaç damla indikatör eklenir ve karışım çalkalanırken titrant yavaşça verilir. Harcanan titrant hacmi son büret okuması ile ilk okuma arasındaki farktır.

Örnek - 15

Şekilde K, L ve M ile gösterilen bölümler için,
I. K’de genellikle derişimi bilinen titrant bulunur.
II. L, titrantın akışını denetleyen vanadır.
III. M’deki analit hacmi pipetle belirlenebilir.
yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III

Cevabı Göster

K büret içindeki titrantı, L akışı ayarlayan vanayı, M ise analitin ve indikatörün bulunduğu erlenmayeri gösterir. Analitin başlangıç hacmi uygun bir pipetle hassas ölçülür.

Cevap: E

Eşdeğerlik Noktası ve Derişim Hesabı

Eşdeğerlik noktası, eklenen titrantın eşdeğer miktarının analitin eşdeğer miktarına tam ulaştığı kuramsal noktadır. Asit–baz titrasyonunda n(H⁺)=n(OH⁻) koşulu sağlanır. Monoprotik asit ve tek OH⁻ veren baz için M_AV_A=M_BV_B; genel durumda M_AV_Az_A=M_BV_Bz_B kullanılır.

Bu eşitlik yalnız eşdeğerlik noktasında geçerlidir. Eşdeğerlikten önce erlenmayerde analit, eşdeğerlikten sonra titrant fazlası bulunur. Kuvvetli asit–kuvvetli baz titrasyonunda 25 °C’deki eşdeğerlik pH’ı 7’dir; zayıf bileşen bulunduğunda oluşan tuz hidrolizi nedeniyle bu değer 7’den farklı olabilir.

Eşdeğerlik ile Dönüm Noktasının Ayrımı

Dönüm noktası ya da deneysel son nokta, indikatörün kalıcı renk değişiminin gözlendiği noktadır. Eşdeğerlik kimyasal miktarların tam eşitliğidir; dönüm noktası ise bu eşitliğin gözle görünür işaretidir. İyi seçilmiş bir indikatörde renk değişimi, titrasyon eğrisinin dik yükseldiği ya da düştüğü pH aralığında gerçekleştiği için iki nokta birbirine çok yakın olur.

İndikatör çok erken veya çok geç renk değiştirirse gereğinden az ya da fazla titrant harcanır ve derişim hesabında sistematik hata oluşur. Bu nedenle indikatör seçimi yalnız “asit ortamda şu renk, baz ortamda bu renk” bilgisinden değil, geçiş aralığının eşdeğerlik çevresindeki hızlı pH değişimiyle uyuşmasından yapılır.

Titrasyon Eğrileri ve İndikatörler

Kuvvetli Asit–Kuvvetli Baz Titrasyonu

Titrasyon eğrisi, erlenmayerdeki çözeltinin pH’ını eklenen titrant hacmine karşı gösterir. Kuvvetli asit kuvvetli bazla titre ediliyorsa başlangıç pH’ı düşüktür. Eşdeğerliğe yaklaşırken pH giderek artar, eşdeğerlik çevresinde çok küçük hacim değişimi büyük pH sıçraması oluşturur. 25 °C’de eşdeğerlikte yalnız belirgin hidroliz vermeyen tuz ve su kaldığından pH=7 olur.

Eşdeğerlikten sonra pH’ı eklenen kuvvetli bazın artan OH⁻ miktarı belirler. Baz çözeltisi kuvvetli asitle titre ediliyorsa eğri ters yönde ilerler: başlangıç pH’ı yüksek, eşdeğerlik çevresinde hızlı düşüş vardır ve 25 °C’de pH=7’den geçilir.

Kuvvetli Asit–Zayıf Baz ve Zayıf Asit–Kuvvetli Baz Titrasyonları

Kuvvetli asit zayıf bazla titre edildiğinde eşdeğerlikte zayıf bazın eşlenik asidini içeren tuz bulunur. Bu katyon hidrolizle H₃O⁺ oluşturduğu için 25 °C’de eşdeğerlik pH’ı 7’den küçüktür. Zayıf asit kuvvetli bazla titre edildiğinde ise eşlenik baz içeren tuz OH⁻ oluşturur ve eşdeğerlik pH’ı 7’den büyüktür.

Zayıf asit–kuvvetli baz titrasyonunda eşdeğerlikten önce zayıf asit ile oluşan eşlenik baz birlikte bulunur; bu bölge tampon davranışı gösterir. Benzer biçimde zayıf baz–kuvvetli asit titrasyonunda eşdeğerlik öncesinde zayıf baz/eşlenik asit tamponu oluşur. Başlangıç pH’ı, aynı derişimli güçlü türe göre nötr değere daha yakındır.

Örnek - 19

X çözeltisi kuvvetli asitle, Y çözeltisi kuvvetli bazla titre edilmektedir. Eğrilere göre,
I. X zayıf baz olabilir.
II. Y zayıf asit olabilir.
III. Her iki eşdeğerlik çözeltisinde de hidroliz vermeyen tuz oluşur.
yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III

Cevabı Göster

X’in eşdeğerlik pH’ı 7’nin altında olduğundan zayıf bazın kuvvetli asitle titrasyonuna; Y’nin eşdeğerlik pH’ı 7’nin üstünde olduğundan zayıf asidin kuvvetli bazla titrasyonuna uygundur. Her ikisinde de tuz hidrolizi vardır; III yanlıştır.

Cevap: C

İndikatörün Geçiş Aralığı

İndikatör, protonlanmış ve protonsuz biçimleri farklı renk taşıyan zayıf asit ya da baz karakterli bir maddedir. Belirli bir pH aralığında renk değiştirir; bu aralığa geçiş aralığı denir. Fenolftalein yaklaşık bazik bölgede, metil oranj asidik bölgede, bromtimol mavisi nötr çevresinde renk değiştirir.

İndikatörün uygunluğu, geçiş aralığının eğrinin dik bölümünde kalmasına bağlıdır. Kuvvetli asit–kuvvetli baz titrasyonunda pH sıçraması geniş olduğundan birden fazla indikatör uygun olabilir. Zayıf asit–kuvvetli baz titrasyonunda eşdeğerlik bazik olduğundan fenolftalein; kuvvetli asit–zayıf baz titrasyonunda eşdeğerlik asidik olduğundan metil oranj türü asidik aralıklı indikatör daha uygundur.