15.12:
Poliprotik Asitler
15.12:
Poliprotik Asitler
Asitler, bir reaksiyonda vazgeçebilecekleri molekül başına proton sayısına göre sınıflandırılır. Her molekülde bir iyonlaşabilir hidrojen atomu içeren HCl, HNO3 ve HCN gibi asitlere monoprotik asitler denir. Su ile reaksiyonları:
| Monoprotik asitler: Su ile reaksiyonlar |
| HCl (aq) + H2O (l) ⟶ H3O+ (aq) + Cl−(aq) |
| HNO3 (aq) + H2O (l) ⟶ H3O+ (aq) + NO3−(aq) |
| HCN (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + CN− (aq) |
Dört hidrojen atomu içermesine rağmen, asetik asit, CH3CO2H’de monoprotiktir çünkü yalnızca karboksil grubundan (COOH) gelen hidrojen atomu bazlarla reaksiyona girer:
Benzer şekilde, monoprotik bazlar, tek bir protonu kabul edecek bazlardır.
Diprotik asitler molekül başına iki iyonlaşabilir hidrojen atomu içerir; bu tür asitlerin iyonlaşması iki aşamada gerçekleşir. İlk iyonizasyon her zaman ikinci iyonizasyondan daha büyük ölçüde gerçekleşir. Örneğin, güçlü bir asit olan sülfürik asit şu şekilde iyonize olur:
| Diprotik asit: Sülfürik asit (H2SO4) | ||
| 1.iyonlaşma | H2SO4(aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + HSO4− (aq) | Ka1 = 102;’den fazla tam çözünme |
| 2. iyonlaşma | HSO4− (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + SO42− (aq) | Ka2 = 1,2 × 10−2 |
Bu aşamalı iyonlaşma süreci tüm poliprotik asitler için gerçekleşir. Karbonik asit, H2CO3, zayıf bir diprotik asit örneğidir. Karbonik asidin ilk iyonizasyonu, küçük miktarlarda hidronyum iyonları ve bikarbonat iyonları verir.
İlk iyonlaşma: H2CO3 (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+(aq) + HCO3− (aq)
Bikarbonat iyonu ayrıca asit olarak da davranabilir. İyonlaşır ve daha da küçük miktarlarda hidronyum iyonları ve karbonat iyonları oluşturur.
İkinci iyonlaşma: HCO3− (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+(aq) + CO32− (aq)
KH2CO3, KHCO3−‘dan 104 kat daha büyüktür, bu nedenle H2CO3, çözeltideki baskın hidronyum iyon üreticisidir. Bu, H2CO3‘ün iyonlaşmasıyla oluşan HCO3−‘ün çok azının, hidronyum iyonları (ve karbonat iyonları) verecek şekilde iyonize olduğu ve H3O+ ve HCO3− konsantrasyonlarının, saf sulu H2CO3 çözeltisinde pratik olarak eşit olduğu anlamına gelir.
Zayıf bir diprotik asidin birinci iyonizasyon sabiti ikinciden en az 20 faktör kadar büyükse, sonraki iyonizasyondan kaynaklanan türlerin konsantrasyonlarını hesaplamadan önce birinci iyonlaşmayı ayrı olarak işlemek ve bundan kaynaklanan konsantrasyonları hesaplamak uygundur. Bu yaklaşım, aşağıdaki örnek uygulamada gösterilmektedir.
Diprotik Asidin İyonlaşması
“Karbonatlı su”, yeterli miktarda çözünmüş karbondioksit içerir. Çözelti asidiktir çünkü CO2 suyla reaksiyona girerek karbonik asit H2CO3 oluşturur. Başlangıcı [H2CO3] = 0.033 olan doymuş bir CO2 çözeltisindeki [H3O+], [HCO3−] ve [CO32−] nedir?
İyonizasyon sabitlerinin gösterdiği gibi, H2CO3, HCO3−‘den çok daha güçlü bir asittir, bu nedenle aşamalı iyonlaşma reaksiyonları ayrı ayrı işlenebilir. Sağlanan bilgiler kullanılarak bu ilk iyonizasyon adımı için bir ICE tablosu hazırlanır:
| H2CO3 (aq) | H3O+ (aq) | HCO3− (aq) | |
| Başlangıç Konsantrasyonu (M) | 0,033 | ~0 | 0 |
| Değişim (M) | −x | +x | +x |
| Denge Konsantrasyonu (M) | 0,033 − x | x | x |
Denge konsantrasyonlarının denge denklemine yerleştirilmesi şunu verir
x << 0,033 varsayılması ve basitleştirilmiş denklemin çözülmesi şunu verir
ICE tablosu, x’i bikarbonat iyon molaritesine ve hidronyum iyon molaritesine eşit olacak şekilde tanımlar:
Yukarıda hesaplanan bikarbonat iyon konsantrasyonunu kullanarak, ikinci iyonizasyon benzer bir denge hesaplamasına tabi tutulur: HCO3− (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + CO32− (aq)
Özetlemek için: Dengede [H2CO3] = 0,033 M; [H3O+] = 1,2 × 10−4; [HCO3−] = 1,2 × 10−4 M; ve [CO32−] = 4,7 × 10−11 M.
Triprotik bir asit, üç iyonlaştırılabilir H atomuna sahip bir asittir. Fosforik asit bir örnektir:
| Triprotik asit: Fosforik asit (H3PO4) | ||
| 1. iyonlaşma | H3PO4 (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + H2PO4− (aq) | Ka1 = 7,5 × 10−3 |
| 2. iyonlaşma | H2PO4− (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+(aq) + HPO42− (aq) | Ka2 = 6,2 × 10−8 |
| 3. iyonlaşma | HPO42− (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + PO43− (aq) | Ka3 = 4,2 × 10−13 |
Diprotik asit örneklerine gelince, her bir ardışık iyonizasyon reaksiyonu öncekinden daha az kapsamlı olup, aşamalı asit iyonizasyon sabitleri için azalan değerlerde yansıtılmaktadır. Bu, poliprotik asitlerin genel bir özelliğidir ve ardışık iyonlaşma sabitleri genellikle yaklaşık 105 ila 106 arasında bir faktör kadar farklılık gösterir.
Bu üç ayrışma reaksiyonu grubu, bir H3PO4 çözeltisindeki denge konsantrasyonlarının hesaplamalarını karmaşık hale getiriyor gibi görünebilir. Bununla birlikte, ardışık iyonlaşma sabitleri 105 ila 106 arasında farklılık gösterdiğinden, iyonizasyon reaksiyonlarına eşlik eden konsantrasyondaki küçük değişikliklerde büyük farklılıklar mevcuttur. Bu, yukarıdaki örneklerde gösterildiği gibi matematiği basitleştiren varsayımların ve süreçlerin kullanımına izin verir. Poliprotik bazlar birden fazla hidrojen iyonunu kabul edebilir. Karbonat iyonu diprotik bir baz örneğidir çünkü aşağıda gösterildiği gibi iki protonu kabul edebilir. Poliprotik asitler için olan duruma benzer şekilde, iyonizasyon sabitlerinin iyonizasyon adımıyla azaldığına dikkat edin. Benzer şekilde, poliprotik bazları içeren denge hesaplamaları, poliprotik asitler için olanlarla aynı yaklaşımları izler.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 14.5: Polyprotic Acids.