asitlerin ve bazların tepkimeleri

2.
ASİTLERİN VE BAZLARIN
TEPKİMELERİ
BÖLÜM
2.1
Asitler ve bazlar kimyasal özellikleri ve tepkimeleri bakımından çok
önemli maddeler olup oldukça sık kullanılırlar. Bu bölümde asitler ve
bazlar arasındaki tepkimeleri; nötralleşme tepkimeleri, asitlerin tepkimeleri
l i ve b
bazların
l
tepkimeleri
ki l i olarak
l k üç grupta iinceleyeceğiz.
l
ği
Nötralleşme Tepkimeleri
yalım
Cevapla
Eşek arısının insanı sokması sırasında verdiği salgı baziktir. Eşek arısı sokmalarında
duyulan acı nasıl dindirilir?
Faydalı
Bilgi
Nötrleşme olayının tamamlandığının anlaşılabilmesi için
nötr ortamda rengi asidik ya da
bazik ortamdaki renginden farklı
olan maddeler yani indikatörler
kullanılır.
Günlük yaşantımızda asitlerin ve bazların birbirinin etkisini ortadan
kaldırdığı nötralleşme tepkimeleri ile karşılaşmaktayız. Örneğin mide
asitleri fazla salgılandığında midemizde yanma ve ekşime olur. Mide
yanmasını gidermek için kullanılan ilaçlar mide asidinin etkisini ortadan
kaldırmaya yarayan baz içerir. Arı sokmalarında acının dindirilmesi de
nötralleşme tepkimeleri sayesinde olur. Bal arısının insanı sokması sırasında verdiği salgı asidik olup hissedilen acı bazik olan sodyum bikarbonat ya da amonyak ile dindirilebilir.
Bir asit çözeltisine azar azar baz çözeltisi eklendiğinde asitlik özelliği yavaş yavaş kaybolur. Öyle bir an gelirki H+ iyonu mol sayısı OH—
iyonu mol sayısına eşit olur.
nH+ = nOH—
Nötralleşme tepkimeleri olarak adlandırılan bu tür tepkimelerde tam
nötürleşme anını belirlemek için nötürleşme anında renk değiştiren bir
indikatör kullanılır. Bu işleme titrasyon denir. Titrasyon genellikle çözeltilerin derişimlerini bulmak için yapılır.
Nötralleşme tepkimesi sonucunda genellikle bir tuz ve su oluşur.
Asit + Baz ~ Tuz + Su
Uyarı
Örneğin yaygın bir asit olan sülfürik asit ile bir baz olan kireç suyunun etkileşiminden bir tuz olan kalsiyum sülfat ve su oluşur.
H2SO4(suda) + Ca(OH)2(suda) ~ CaSO4(k) + 2H2O(s)
Yukarıdaki tepkimede görüleceği gibi H2SO4 ve Ca(OH)2 suda çözünmüş durumdadır. H2SO4 bileşiği suda çözündüğünde H+ ve SO42—
iyonlarına ayrışır. Ca(OH)2 bileşiği ise suda çözündüğünde Ca2+ ve
OH- iyonlarına ayrışır. Ca2+ ve SO42— iyonlarının birleşmesiyle suda
çözünmeyen CaSO4 bileşiği oluşturur.
Asitten gelen hidrojen iyonu ile bazdan gelen hidroksit iyonunun
birleşmesiyle de su oluşur.
Kalsiyum sülfat (CaSO4)
suda az çözünen bir katıdır.
H+ (suda) + OH¯ (suda) → H2O (s)
Görüldüğü gibi asitler ve bazlar arasındaki tepkimelerde her hidrojen iyonu ile bir hidroksit iyonu birleşmektedir.
Bütün asitler veya bazlar aynı kuvvette midir? Maddelerin asitlik
veya bazlık derecesini nasıl anlayabiliriz? Maddelerin asitlik ve bazlık
derecesini ya da nötr olduğunu pH ölçme birimi kullanarak anlayabiliriz.
20
pH’ın açılımı “Power of Hydrogen”dir (Hidrojenin Gücü). Canlı organizmalarda ya da bir bilimsel araştırmada hidrojen iyonu (H+) derişimindeki
çok ufak değişikler çok önemli sonuçlar ortaya çıkarabilir. Bundan dolayı, bilim insanları sürekli olarak hidrojen iyonu derişimi ile ilgilenmişler
ve bunu ölçme teknikleri geliştirmişlerdir. Danimarkalı kimyacı Sorensen (Souransın) 1909 yılında hidrojen iyonu derişimini ölçmek için “pH
skalası” denen bir yöntem geliştirmiştir.
Bir çözeltinin pH değeri 25°C’ta 0 ile 14 arasında değerler alır
(Şekil 1.5). • Bir maddenin pH değeri 7 ise o madde nötrdür. Nötr bir
maddede H+ iyonları sayısı OH— iyonları sayısına eşittir. Saf su nötr
olup pH değeri 7’dir.
[H+] > [OH—]
[OH—] > [H+]
14
O
7
Asitler
Bazlar
Şekil 1.5: pH skalası
• Bir çözeltinin pH değeri 7’den küçük ise asidiktir. Asit çözeltisinde
iyonları sayısı OH— iyonları sayısından fazladır. Asitler, sulu çözeltilerine kattıkları H+ iyonu miktarı arttıkça kuvvetlenirler. 7’den 0’a doğru
gidildikçe H+ iyonu miktarı, dolayısıyla da asitlik değeri artar. Çözeltinin
pH değeri 0 olduğunda en kuvvetli asittir.
H+
• Bir çözeltinin pH değeri 7’den büyük ise baziktir. Baz çözeltisinde
iyonları sayısı H+ iyonları sayısından fazladır. Bazlar, sulu çözeltilerine kattıkları OH— iyonu miktarı arttıkça kuvvetlenirler. 7’den 14’e
doğru gidildikçe OH— iyonu miktarı, dolayısıyla da bazlık değeri artar.
Çözeltinin pH değeri 14 olduğunda en kuvvetli bazdır.
OH—
Alıştır
ma
0,8 mol NaOH içeren 100
mL çözeltiyi nötrleştirmek için
kaç mol H2SO4 kullanılmalıdır?
Günlük hayatta karşılaştığımız asitlerin ve bazların pH skalasındaki
yerleri Şekil 1.6’da verilmiştir.
Limon
El
sabunu
Süt
Domates
Çamaşır
suyu
Yumurta
HCl
Saf su
Sirke
Asidik
NaOH
Karbonat
Akü
Yağmur
suyu
Magnezyum
sütü
Nötr
Amonyak
Bazik
Şekil 1.6: Günlük hayatta karşılaşılan bazı maddelerin pH skalasındaki yeri
Bir çözeltinin pH değerini ölçmek için indikatör karışımından oluşan
pH kâğıdı (Resim 1.11) kullanabiliriz. İndikatör farklı pH değerlerinde
farklı renkler verir. Çözeltinin pH değerini belirlemek için pH kâğıdı çözeltiye daldırılır ve oluşan renk ile pH kâğıt kutusunda bulunan renk
skalası karşılaştırılarak tam eşleşmenin olduğu nokta bulunur.
Resim 1.11: pH kâğıdı
21
2. Etkinlik
Nötralleşme Tepkimesi
Amaç: Asit ve bazın birbirine etkisini görme
Araç ve Gereçler
1. Büret (100 mL’lik)
2. Erlenmayer (250 mL’lik)
3. Fenolftaleyn indikatörü 4. HCl çözeltisi
5. NaOH çözeltisi
6. pH kâğıdı
7. Huni
Etkinliğin Yapılışı
1. 250 mL’lik erlenmayere 50 mL HCl çözeltisi koyarak üzerine 2-3
damla fenolftaleyn ekleyelim.
2. NaOH çözeltisini bürete bir huni yardımıyla dikkatlice dolduralım.
3. Sol elimizle büretin musluğunu açarak bazın (NaOH) yavaş yavaş erlenmayerdeki asit (HCl) çözeltisine damlamasını sağlayalım. Sağ
elimizle de erlenmayeri hafifçe çalkalayalım. Sabit pembe renk oluşuncaya kadar damla damla NaOH çözeltisi ilavesine devam edelim.
4. Ortamın asit veya bazlığını pH kâğıdı ile kontrol edelim.
Sonuçları Değerlendirelim
1. Bu etkinlikte fenoftaleynin kullanılma amacı nedir?
2. Asit çözeltisi üzerine baz çözeltisinin damla damla ilave edilmesinin nedeni nedir?
3. Bu etkinlikte asit ve baz arasında tepkime oluştuğunu nasıl anladınız?
4. Asit ve baz arasında oluşan tepkime denklemini yazınız.
2.2
Asitlerin Tepkimeleri
Asitler metaller ile tepkimeye girer.
Mg Mg
Metaller tepkimeye girme isteklerine göre aktif metaller, yarı soy me-
Mg Mg
Cl—
taller ve soy metaller olarak gruplandırılır.
Cl—
Mg Mg
H+
H+
Cl—
H+
Cl—
Aktif metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri çok fazladır. Asitler ile tepkimeye girerek tepkime sonunda hidrojen gazı açığa çıkmasına
H+
neden olurlar. Bu tepkimeyi alkali ve toprak alkali metallerin tümü ile Fe,
Zn ve Al gibi soy olmayan metaller verir.
Metal + Asit ~ Tuz + Hidrojen gazı
Örneğin aktif bir metal olan magnezyum ile hidroklorik asidin tepkimeMg Mg
H
H
H
H
Mg Mg
Mg2+
Mg2+
gösterimi Şekil 1.7’de verilmiştir.
Cl—
Cl—
si sonucunda hidrojen gazı açığa çıkar. Bu tepkimenin tanecik modeli ile
Cl—
Cl—
Mg(k) + 2HCl(suda) ~ MgCl2(suda) + H2(g)
Yarı soy metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri azdır. Cu, Hg
ve Ag gibi yarı soy metallere yapısında oksijen bulunmayan HCl, HBr gibi
Şekil 1.7: Magnezyum ve
hidroklorik asit arasındaki tepkimenin moleküler düzeyde gösterimi
22
asitler etki etmez. Bu metallere HNO3 ve H2SO4 gibi kuvvetli asitlerlerin
etki etmesi sonucunda NO, NO2 ve SO2 gazları oluşur.
Soy metallerin kimyasal tepkimeye girme eğilimleri çok azdır. Altın
(Au) ve platin (Pt) gibi soy metallere asitlerin hiçbiri yalnız başına etki
edemez. Bu soy metaller hemen hemen bütün metallere etki eden kral
suyu ile tepkimeye girerler.
Al, Zn, Cr, Sn, Pb gibi metaller hem asitler hem de bazlarla tepkimeye girerler. Bu metallere amfoter metaller adı verilir. Amfoter, Yunanca “amphos” kelimesinden gelmektedir ve “her ikisi de” anlamındadır. Amfoter metallerin asitler ile tepkimesi sonucunda tuz ve hidrojen
gazı oluşur.
Faydalı
Bilgi
Kral suyu, soy metallerle
tepkimeye girebilen kuvvetli bir
asit çözeltisidir. Hidroklorik asit
ve nitrik asidin 3:1 oranında karıştırılmasıyla oluşur.
2Al(k) + 6HCl(suda) → 2AlCl3(suda) + 3H2(g)
Asitler karbonatlar ve bikarbonatlar ile tepkimeye girer.
Asitlerin karbonatlar ve bikarbonatlar ile tepkimeleri sonucunda
karbondioksit gazı açığa çıkar. Hidroklorik asit ile kalsiyum karbonatın
tepkimesi buna örnek verilebilir
CaCO3(k) + 2HCl(suda) ~ CaCl2(suda) + CO2(g) + H2O(s)
Bu tepkimede karbondioksit gazının açığa çıktığını anlamak için
tepkime sonunda açığa çıkan gaz kireç suyuna gönderilir. Karbondioksit gazı kireç suyunu bulandırır. Kireç suyunun bulanması ile karbondioksit gazının varlığı anlaşılır (Şekil 1.8).
Benzer şekilde bikarbonatlar da asitlerle tepkimeye girer ve tepkime sonucunda karbondioksit gazı açığa çıkar. Sodyum bikarbonatın
hidroklorik asit ile olan tepkimesi buna örnek verilebilir.
NaHCO3(k) + HCl(suda) ~ NaCl(suda) + CO2(g) + H2O(s)
kireç suyu
bulanır
Asit
Kalsiyum
karbonat
CO2
gazı
Şekil 1.8: Kalsiyum karbonatın hidroklorik asit ile tepkimesi
Asitler metal oksitleri ve amfoter metal oksitleri ile tepkimeye
girer.
Metallerin oksitleri asitlerle tepkimeye girerler ve tepkime sonucunda tuz ve su oluştururlar. Kalsiyum oksidin sülfürik asit ile olan tepkimesi
buna örnek verilebilir.
CaO(k) + H2SO4(suda) ~ CaSO4(k) + H2O(s)
Yukarıdaki tepkime sonucunda oluşan kalsiyum sülfat bir tuzdur.
Amfoter metallerin oksit bileşikleri de amfoter özellik gösterir ve
hem asitler hem de bazlarla tepkimeye girer. Amfoter metal oksitlerinin
asitler ile tepkimesi sonucunda da tuz ve su oluşur.
Hatırlay
alım
Metallerin oksijen ile oluşturduğu bileşikler genel olarak
metal oksitleri olarak adlandırılır.
Al2O3(k) + 6HCl(suda) → 2AlCl3(suda) + 3H2O(s)
Hidroflorik asit cam ve porselen ile tepkimeye girer.
Cam ile kimyasal tepkimeye giren tek asit hidroflorik asittir. Hidroflorik asit (HF) cam işleme sanayisinde kullanılır. Cam yüzeyinde aşındırma meydana getirerek dekoratif görüntü oluşumunu sağlar (Resim
1.12). Camın yapısında silisyum dioksit (SiO2) olduğundan cam ile hidroflorik asit arasındaki tepkime denklemi aşağıdaki gibidir:
SiO2(k) + 4HF(suda) ~ 2H2O(s) + SiF4(g)
Ayrıca hidroflorik asit porselen tamirinde kullanılır. Hidroflorik asit
porselen ile kimyasal tepkimeye girer ve porseleni aşındırır. Porselen
dişlerin tamirinde porselen yüzeyin pürüzlendirilmesi işleminde kullanılan porselen asidi %10’luk hidroflorik asit çözeltisidir.
Resim 1.12: Hidroflorik asitle aşındırılmış cam
23
2.3
Bazların Tepkimeleri
Bazlar amfoter metaller ile tepkimeye girer.
Genelde metaller bazlarla tepkime vermezler. Ancak amfoter metal
olarak bilinen Al, Zn, Sn, Pb, Cr gibi metaller derişik kuvvetli baz çözeltileriyle tepkime verirler. Tepkime sonucunda hidrojen gazı açığa çıkar.
Uyarı
Asitlerin ve bazların kuvvetli ya da zayıf olması tepkimenin hızını etkiler. Kuvvetli
asitler ya da bazlar kullanıldığında tepkimeler hızlı gerçekleşirken zayıf asitler ya da bazlar kullanıldığında tepkimeler
yavaş olur.
A
Bazlar amfoter metal oksitleri ile tepkimeye girer.
Amfoter metal oksitlerinin kuvvetli bazların derişik çözeltileri ile tepkimesinden tuz ve su oluşur.
Al2O3(k) + 6NaOH(suda) ~ 2Na3AlO3(suda) + 3H2O(s)
ÖRNEK: Aşağıdaki metallerden hangisi/hangileri HNO3 çözeltisi içerisinde çözünmez?
a
lıştırm
Aşağıdaki tepkimelerden
hangilerinde hidrojen gazı açığa çıkmaz?
I) Na(k) + HNO3(suda) ~
II) Cu(k) + H2SO4 (suda) ~
III) Al(k) + KOH (suda) ~
IV) MgCO3(k) + HCl (suda) ~
3. Etkinlik
Amfoter metal + Baz ~ Tuz + Hidrojen gazı
2Al(k) + 6NaOH(suda) ~ 2Na3AlO3(suda) + 3H2(g)
I) Al
II) K
III) Cu
IV) Au
V) Mg
ÇÖZÜM: Aktif metaller, amfoter metaller ve yarı soy metaller
HNO3 asidi ile tepkimeye girer. Ancak soy metallerin kimyasal
tepkimeye girme eğilimleri çok azdır, asitlerin hiçbiri ile yalnız başına tepkimeye girmez. Buna göre K ve Mg aktif metal, Al amfoter metal, Cu yarı soy metal olduğundan HNO3 çözeltisi içerisinde çözünür. Ancak Au soy metal olduğundan bu çözelti içerisinde
çözünmez.
Asitlerin ve Bazların Tepkimeleri
Amaç: Asitlerin ve bazların metaller ile tepkimelerini inceleme
Araç ve Gereçler
1. Sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi
2. Hidroklorik asit (HCl) çözeltisi
3. 4 adet erlenmayer (250 mL’lik)
4. Magnezyum şerit
5. Çinko parçaları
6. Turnusol kâğıdı
Etkinliğin Yapılışı
1. Erlenmayerleri 1’den 4’e kadar numaralandıralım. 1 ve 2 numaralı erlenmayere 50 mL NaOH çözeltisi, 3 ve 4 numaralı erlenmayere 50 mL HCl çözeltisi koyalım.
2. Ortamın asit veya bazlığını turnusol kâğıdı ile kontrol edelim.
3. 1 ve 3 numaralı erlenmayerin içine 1 cm uzunluğunda magnezyum şerit, 2 ve 4 numaralı erlenmayerlerin içine çinko parçası atalım.
Sonuçları Değerlendirelim
1. Bu etkinlikte hangi erlenmayerlerde kimyasal tepkime gerçekleşti? Bu sonuca nasıl vardınız?
2. Asidik ve bazik ortamlarda gerçekleşen kimyasal tepkimelerin denklemlerini yazınız.
3. Hangi metaller asitlerle tepkimeye girdi? Hangi metaller bazlar ile tepkimeye girdi? Neden?
24