DEÜ Mühendislik Fakültesi Jeofizik Bölümü 2003-2004 Bahar Dönemi 8. Modül Kimya Sunumu

1. • Asitler ve Bazlar • Suyun Otoiyonizasyonu • Kuvvetli Asitler ve Bazlar • Zayıf Asitlerin Dissosyasyonu • Zayıf Baz Dengeleri • Suda Çözünmüş Tuzlar: Hidroliz • Tampon Çözeltiler • Poliprotik Asitler DEÜ Mühendislik Fakültesi Jeofizik Bölümü2003-2004 Bahar Dönemi 8. Modül Kimya Sunumu Sunum Konuları: Sulu Çözeltiler I Sunum İçeriği: Sunumun Amacı :Kimyasal denge ilkelerini kullanarak sulu çözeltilerde kuvvetli ve zayıf asit-baz denge sistemlerinin davranışlarını açıklamak

2. Hidronyum Iyonu Asitler ve Bazlar Asit: H+ Donör Baz: H+ Akseptör (yada OH- Donor) Kuvvetli asitler 100% Dissosyasyon HX  H+ + X- Sulu çözeltisi: HX + H2O  H3O+ + X- Örnek: HCl  H+ + Cl-

3. Asetik Asit Zayıf asitler HA  H+ + A- Düşük % Dissosyasyon Örnek: CH3COOH  H+ + CH3COO- yada: HAc  H+ + Ac- Poliprotik Asitler H2SO4 H+ + HSO4-  H+ + SO42- HSO42- is amfoterik (amfiprotik) H+alabilir yada verebilir.

4. Kuvvetli Bazlar MOH  M+ + OH- Örnek: NaOH  Na+ + OH- Zayıf Bazlar B + H2O  BH+ + OH- Örnek: :NH3 + H2O  NH4+ + OH- düşük % NH4+

5. Konjuge Asit ve Bazlar HA  H+ + A- A-, HA asidinin konjuge bazıdır. A- + H2O  HA + OH- Zayıf (kuvvetli) bir asidin konjuge bazı kuvvetlidir (zayıftır). B + H2O  BH+ + OH- BH+, B’nin konjuge asididir. BH+ H+ + B Zayıf (kuvvetli) bir bazın konjuge asidi kuvvetlidir (zayıftır).

6. * H2O  H+ + OH- ( a = 1) H2O Suyun otoiyonizasyonu = [H+]•[OH-] T Kw 0 oC 0.05x10-14 25 1.0x10-14 37 3.8x10-14 * H2O + H2O  H3O+ + OH-

7. pH, pOH ve pKw pH = -log(aH+) = -log[H+] pOH = -log(aOH-) = -log[OH-] pKw = -log(Kw) 25 oC de: pKw = -log(1.0x10-14) pKw = 14.0 pKw = -log([H+]•[OH-]) = -log[H+] -log[OH-] pKw = pH + pOH = 14.0 25 oC ’de pKwdeğeri sıcaklığa bağlıdır. Örn. pKw = -log(3.8x10-14) = 13.4

8. Saf Su [H+] = [OH-] Kw = 1.0x10-14 = [H+][OH-] = [H+]2 25 oC ‘de : [H+] = [OH-] = 1x10-7 M [pH] = [pOH] = 7.0 37 oC ‘de : Kw = 3.8x10-14 pKw = -log(3.8x10-14) = 13.4 pH = pOH = 6.7

9. Kuvvetli Asitler HCl  H+ + Cl- pH pOH 2 12 0.01 M 5 9 10-5 M ?????? 8 10-8 M Kuvvetli Bazlar NaOH  Na+ + OH- pH pOH 12 2 0.01 M 9 5 10-5 M

10. Zayıf Asitlerin Dissosyasyonu HA  H+ + A- pKa = -log(Ka) Bazı zayıf asitler Asid Formül Ka pKa Iyodik HIO3 1.7x10-1 0.77 Laktik CH3CH(OH)CO2H 8.4x10-4 3.08 Asetik CH3CO2H 1.8x10-5 4.75 Hidrosiyanik HCN 4.9x10-10 9.31

11. Örnek: Asetik Asid - Ka = 1.8x10-5 0.01 M’lık Asetik Asid’in % dissosyasyon ve pH değerini hesaplayınız. sonuç:pH = 3.38 % Diss. = 42%

12. Zayıf Baz Dengeleri B + H2O  BH+ + OH- pKb = -log(Kb) Örnek :NH3 + H2O  NH4+ + OH- Kb = 1.8x10-5 pKb = 4.75

13. NH3 CH3NH2 CH3CH2NH2 Amonyak Metilamin Etilamin sp3 sp3 sp3 Piridin Anilin sp2 sp2 Bazı Zayıf Bazlar Kb = 3.6x10-4 pKb = 3.44 Kb = 5.4x10-4 pKb = 3.27 Kb = 1.8x10-5 pKb = 4.75 Kb = 1.8x10-9 pKb = 8.75 Kb = 4.3x10-10 pKb = 9.37

14. co-x x x Örnek: Piridin - Kb = 1.8x10-9 Piridin + H2O  PiridinH+ + OH- 0.10 M piridinin sudaki çözeltisindeki protonlanmış piridin moleküllerinin yüzdesi ve pH değerin nedir? hesaplayınız. pH = 9.13 % Protonlanma = 0.013% < 5%

15. Kave Kbarasındaki ilişki Asid:HA  H+ + A- Konjuge Baz:A- + H2O  HA + OH- = [H+][OH-] = Kw KaKb = Kw log(KaKb) = log(Ka) + log(Kb) = log(Kw) -log(Ka) + -log(Kb) = -log(Kw) pKa + pKb = pKw = 14.0

16. Baz:B + H2O  BH+ + OH- Konjuge Asid:BH+ H+ + B KaKb = Kw ve pKa + pKb = pKw = 14.0 Bu bağıntılar kuvvetli bir asidin zayıf bir konjuge baza, zayıf bir asidin ise kuvvetli bir konjuge baza sahip olduğunu göstermektedir. Asid Formül Ka pKa Iyodik HIO3 1.7x10-1 0.77 Laktik CH3CH(OH)CO2H 8.4x10-4 3.08 Asetik CH3CO2H 1.8x10-5 4.75 Hidrosiyanik HCN 4.9x10-10 9.31 Kb pKb 5.9x10-14 13.23 1.2x10-11 10.92 5.6x10-10 9.25 2.0x10-5 4.69

17. Suda Çözünen Tuzlar: Hidroliz pH = 7 Saf su:H2O  H+ + OH- pH = 7 Potasyum Klorür:KCl(aq)  K+(aq) + Cl-(aq) pH = 7 Sodyum Nitrat:NaNO3(aq)  Na+(aq) + NO3-(aq) pH > 7Bazik Niçin??? Sodyum Asetat:NaAc(aq)  Na+(aq) + Ac-(aq) pH < 7Asidik Amonyum Klorür:NH4Cl(aq)  NH4+(aq) + Cl-(aq) Niçin???

18. K+ Cl- K+ Cl- pH = 7 KCl Potasyum Klorür:KCl(aq)  K+(aq) + Cl-(aq) KOH çok kuvvetli bazdır: KOH  K+ + OH-100% Konjuge asidi ise oldukça zayıftır: K+ + H2O  KOH + H+0% X HCl çok kuvvetli bir asittir: HCl  H+ + Cl-100% Konjuge bazı ise oldukça zayıftır : Cl- + H2O  HCl + OH-0% X

19. Na+ NO3- Na+ NO3- pH = 7 NaNO3 Sodyum Nitrat:NaNO3(aq)  Na+(aq) + NO3-(aq) NaOH çok kuvvetli bazdır : NaOH  Na+ + OH-100% Konjuge asidi ise oldukça zayıftır : Na+ + H2O  NaOH + H+0% X HNO3çok kuvvetli bir asittir : HNO3 H+ + NO3-100% Konjuge bazı ise oldukça zayıftır : NO3- + H2O  HNO3 + OH-0% X

20. Na+ Ac- HAc OH- Na+ Ac- HAc OH- Ac-iyonunun hidrolizinden dolayı çözelti bazikleşir. pH > 7Baziktir. NaAc Sodyum Asetat:NaAc(aq)  Na+(aq) + Ac-(aq) NaOH çok kuvvetli bazdır : NaOH  Na+ + OH-100% Konjuge asidi ise oldukça zayıftır : Na+ + H2O  NaOH + H+0% X HAc zayıf bir asittir : HAc  H+ + Ac-<<100% Konjuge bazı ise hidroliz olur: Ac- + H2O  HAc + OH->0%

21. NH4+ Cl- NH3 H+ NH4+ Cl- NH3 H+ NH4+iyonunun hidrolizinden dolayı çözelti asidikleşir. pH < 7Asidiktir. NH4Cl Amonyum klorür:NH4Cl(aq)  NH4+(aq) + Cl-(aq) HCl çok kuvvetli asittir : HCl  H+ + Cl-100% Konjuge bazı ise oldukça zayıftır : Cl- + H2O  HCl + OH-0% X NH3zayıf bir bazdır : NH3 + H2O  H+ + Ac-<<100% Konjuge asidi ise hidroliz olur : NH4+ H+ + NH3>0% Örnek: Kb(NH3) = 1.8x10-5 0.20 M NH4Cl çözeltisinin pH değerini hesaplayınız. pH = 4.98  5.0

22. OH- HAc HAc NH4+ Ac- NH3 H+ NH4+ Ac- OH- NH3 H+ NH4Ac Amonyum Asetat:NH4Ac(aq)  NH4+(aq) + Ac-(aq) HAc zayıf bir asittir: HAc  H+ + Ac-<<100% Konjuge bazı hidroliz olur: Ac- + H2O  HAc + OH->0% NH3zayıf bir bazdır: NH3 + H2O  H+ + Ac-<<100% Konjuge asidi hidroliz olur : NH4+ H+ + NH3>0%

23. (1) Lityum siyanür’ün sulu çözeltisi (LiCN) asidik, bazikyoksa nötral midir? Baziktir: CN-zayıf bir asidin konjuge bazıdır. (2) Piridinyum bromür’ün sulu çözeltisi (PyrHBr) asidik, bazikyoksa nötral midir? Asidiktir: PyrH+zayıf bir bazın konjuge asididir. (3) Potasyum laktat’ın sulu çözeltisi (KLac) asidik, bazikyoksa nötral midir? Baziktir: Lac-zayıf bir asidin konjuge bazıdır.

24. OH- H+ 0.1 mol HCl 0.1 mol NaOH OH- H+ H+ H+ H+ OH- OH- OH- OH- H+ OH- H+ H+ OH- 1 Litre 1 Litre 1 Litre Tampon Çözeltiler Tampon Çözeltiler:Çözeltiye asit yada bazın küçük bir miktarının katılmasıyla pH değişimlerine karşı direnç gösteren çözeltiler Pure Water [H+] = 10-13 M [H+] = 0.1 M [H+] = 10-7 M [OH-] = 0.1 M [OH-] = 10-13 M [OH-] = 10-7 M pH = 13 pH = 1 pH = 7 Saf su bir tampon değildir.

25. OH- H+ Ac- Ac- OH- H+ HAc H+ H+ H+ OH- OH- OH- OH- OH- 0.1 mol HCl 0.1 mol NaOH H+ HAc H+ H+ HAc H+ OH- Ac- 1 Litre 1 Litre 1 Litre 3.6x10-5 M HAc [H+] = 10-13 M [H+] = 0.1 M [H+] = 1.8x10-5 M [OH-] = 0.1 M [OH-] = 10-13 M [OH-] = 5.6x10-10 M pH = 13 pH = 1 pH = 4.75 [H+] = [Ac-] = [HAc] = 1.8x10-5 M pH = 4.75

26. Bir çözeltinin tampon bir çözelti olması için (1) Zayıf bir asit (HA) + konjuge bazı (A-) Örn. HAc + NaAc veya (2) Zayıf bir baz (B) + konjuge asidi (BH+) Örn. NH3 + NH4Cl

27. Az kullanılan şekli ise; Henderson-Hasselbalch Eşitliği Tampon çözeltilerinin pH’ının kolayca hesaplanması için yararlı bir eşitliktir. HA  H+ + A-

28. Asid (HA) + Konjuge Bazı (A-) HA  H+ + A- Baz (B) + Konjuge Asidi (BH+) BH+ H+ + B pKbdeğeri değil, pKadeğeri kullanılmalıdır. Genel olarak

29. Örnek: HAc - Ka = 1.8x10-5 1 Litre 1.0 M HAc and 1.0 M NaAc içeren bir çözeltinin; (a)pH and [H+] değeri nedir? pH = 4.75 [H+] = 1.8x10-5 M (b) 0.10 mol HCl katıldıktan sonra üstteki çözeltinin pH değeri ne olur? pH = 4.66 [H+] = 2.2x10-5 M (20% artar) (c) 0.10 mol NaOH katıldıktan sonra üstteki çözeltinin pH değeri ne olur? pH = 4.84 [H+] = 1.45x10-5 M (20% azalır)

30. Tampon Çözelti Davranışının Fiziksel Temeli HAc HAc Ac- HAc Ac- Ac- 0.1 mol HCl 0.1 mol NaOH H+ H+ H+ HAc HAc HAc HAc Ac- Ac- OH- OH- OH- Ac- Ac- Ac- HAc HAc Ac- H+ H+ H+ 1 Litre 1 Litre 1 Litre H+ + Ac- HAc HAc + OH- Ac- + H2O 1.0 M HAc/1.0 M Ac- [H+] = 1.45x10-5 M [H+] = 2.2x10-5 M [H+] = 1.8x10-5 M pH = 4.66 pH = 4.75 pH = 4.84

31. Tampon Çözeltilerin Kullanım Aralığı Tampon Kapasitesi () Bir baz yada asit katılmasıyla pH değişimlerine karşı direnç gösteren bir tamponun etkinliği tampon kapasitesi () terimiyle ifade edilir. ([HA] = [A-])olduğunda pH = pKaolur ve bu halde tampon kapasitesi maksimumdur.

32. 1 M HAc / 1 M NaAc Tamponunun (pKa = 4.75) pH’a bağlı Tampon Kapasitesi pH  pKa 1.15 pKa0.5 0.84 pKa1.0 0.38 pKa1.5 0.14 pKa2.0 0.05 (1) Bir tampon pH = pKaolduğunda en fazla etkindir. (2) Bir tamponun kullanım aralığı yaklaşık olarak pH = pKa1

33. 2 M HAc HAc HAc 1 mol NaOH HAc Ac- HAc Ac- HAc HAc HAc Ac- HAc HAc 1 Litre 1 Litre başlangıç: 2 mol 1 mol 0 mol değişim: -1 mol -1 mol +1 mol Final: 1 mol 0 mol 1 mol Tampon Çözeltilerinin Hazırlanması 1 M HAc / 1 M Ac- Bir asit ve konjuge bazından oluşan bir tampon çözeltisi hazırlanmak istendiğinde başlamak için, (A) Önce asit sonra kuvvetli bazı eklenir (örn. NaOH) (B) Önce baz sonra kuvvetli asidi eklenir (örn. HCl) HAc + OH- Ac- + H2O

34. 2 M NaAc HAc Ac- 1 mol HCl Ac- Ac- Ac- Ac- HAc Ac- Ac- Ac- HAc Ac- 1 Litre 1 Litre Başlangıç: 1 mol 2 mol 0 mol Değişim: -1 mol -1 mol +1 mol Final: 0 mol 1 mol 1 mol Tampon Çözeltilerinin Hazırlanması 1 M HAc / 1 M Ac- Bir asit ve konjuge bazından oluşan bir tampon çözeltisi hazırlanmak istendiğinde başlamak için, (A)Önce asit sonra kuvvetli bazı eklenir (örn. NaOH) (B) Önce baz sonra kuvvetli asidi eklenir (örn. HCl) H+ + Ac- HAc

35. Ka’ = 4.2x10-7 Ka’’ = 4.8x10-11 pKa’ = 6.38 pKa’’ = 10.32 Poliprotik Asitler Diprotik Asitler H2A  H+ + HA-  2H+ + A2- Ka’ Ka’’ Ka’’ << Ka’ : Karbonik Asid: H2CO3 H+ + HCO3-  2H+ + CO32-

36. ve Kb’’ >> Kb’ Ka’ = 4.2x10-7 Ka’’ = 4.8x10-11 pKa’ = 6.38 pKa’’ = 10.32 H2CO3 H+ + HCO3-  2H+ + CO32- Ka’ >> Ka’’ H2CO3 H+ + HCO3- CO32- + H2O  HCO3- + OH-

37. Ka’ = 4.2x10-7 Ka’’ = 4.8x10-11 pKa’ = 6.38 pKa’’ = 10.32 H2CO3 H+ + HCO3-  2H+ + CO32- HCO3- is amfoterik (amfiprotik):

38. pKa’ pKa’’ H2A  H+ + HA-  2H+ + A2- saf HA-: pH = ½(pKa’ + pKa’’) Eğer pH < ½(pKa’ + pKa’’):Çözelti H2A and HA-içerir. EğerpH > ½(pKa’ + pKa’’):Çözelti HA- and A2-içerir.

39. -H+ -H+ -H+ H3PO4 H2PO4-  HPO42-  PO43- pKa’ = 2.12 pKa’’ = 7.21 pKa’’’ = 12.32 Triprotik Asidler: Fosforik Asid

40. REFERANSLAR www.stfx.ca/people/gmarango/ch232/presentations-and-notes/ CH232-Aqueous-Equilibra.ppt williams_sm.tripod.com/myresume/ASMS2002LEAs.ppt www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/ cact/c123/pp/21elecchem.ppt www.sci.kun.nl/chemistry/onderwijs/oc1/College%207.ppt www.chem.neu.edu/courses/reiff/download/Blb_Chpt17.ppt www.chem.neu.edu/courses/reiff/download/Blb_Chpt16.ppt ww2.mcgill.ca/chemistry/undergrad/ courses/204/notes-6.ppt www.chem.unt.edu/staff/Chapter10.ppt faculty.fortlewis.edu/CARROLL_M/C151ComplexThurs.ppt www.capes.us/presentations/V_Tech_Meeting_April_2003/ www.doe-mbi.ucla.edu/ DOE_REVIEW_2003/c-biochem_Instrument_Center_revised1.ppt alpha.fdu.edu/~waller/CHEM2221/2221_02.ppt learn.sdstate.edu/douglas_raynie/ chem434/electrochem.ppt www2.shastacollege.edu/oil/PAWM/Liquid%20Wastes.ppt biochem.ncsu.edu/faculty/mattos/lab/BCH455/CLASS6.ppt wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/ Media_Assets/Chapter16/Chapter16.ppt www.crcao.com/aviation/2002%20Aviation%20Meetings/ Wednesday/Armstrong,%20R.%20-%20Additives.ppt tls-msu.narod.ru/bbcac-2003-5.ppt www.cortlandschools.org/buildings/jshs/science/ chem/acidbase/2.1_Prop_of_A_and_B.ppt www.bch.bris.ac.uk/staff/ah/ lectures/1styear/DeltaG.ppt www.chem.unc.edu/undergrads/2002fall/ chem11_waters/ch5.ppt www.chemistry.ohio-state.edu/~allen/ Jacob%20ACS%202002.ppt wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/ Media_Assets/Chapter15/Chapter15.ppt library.tedankara.k12.tr/webchem/ppt/ ppt/index/04%20BONDING/Kimya.ppt genchem.uky.edu/selegue/CHE105/Ex_2_rev_2003.ppt www.doe.state.la.us/lde/uploads/2304.ppt

41. KAYNAKLAR • “General Chemistry”, 10th Ed., W.R. Robinson, J.D. Odom, and H.F. Holtzclaw, Jr., Houghton Mifflin Co., Boston (1997). • “Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion.”A.B. Ellis, M.J. Geselbracht, B.J. Johnson, G.C. Lisensky, and W.R. Robinson, American Chemical Society, Washington, D. C. (1993). • “Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion." Japanese Translation in Two Parts.  A.B. Ellis, M.J. Geselbracht, B.J. Johnson, G.C. Lisensky, and W.R. Robinson, American Chemical Society, Washington, D. C. (1993). • “General Chemistry”, 9th Ed. H.F. Holtzclaw, Jr., W.R. Robinson, and J. D. Odom, D.C. Heath and Co., Lexington, MA (1991). • “General Chemistry”, 7th Ed., H.F. Holtzclaw, Jr., and W.R. Robinson, W.H. Nebergall, D.C. Heath and Company, (1984). • “Chemistry-The Central Science”, T.,L. Brown, H.,E., LeMay,Jr., 2nd Ed., Prentice-Hall, Inc. (1981). • “Chemical Principles” 2nd Ed.R.E. Dickerson, H.B. Gray, G.P. Haight, JR., W.A. Benjamin Inc (1974). • C.E. Mortimer, Çeviri Editörü Prof.Dr.Turhan Altınata, “ Modern Üniversite Kimyası”, Cilt I ve Cilt II, Çağlayan Kitabevi, Beyoğlu İstanbul • “Genel Kimya, Pensipler ve Modern Kuramlar”, Petrucci ve Hardwood, Çeviri Editörü : Tahsin Uyar, 6. Baskı, Palme Yayıncılık • Fine&Beall, çeviren Haluk Beyenal (Hacettepe Üniversitesi), “Üniversite Kimyası”(Mühendislik ve Temel Bilimler Öğrencileri için Kimya), Cilt I ve Cilt II, Alkım Yayınevi, Beşevler/Ankara