Asit ve Baz Konsantrasyonları

Bir Arrhenius asidi, suda çözündüğünde hidrojen iyonları üreten bir maddedir, bir baz ise hidroksit iyonları üretir. Hidrojen iyonları, hidronyum iyonları oluşturmak için hemen su ile reaksiyona girer, ancak basitlik için, onları hidrojen iyonları olarak düşünmeye devam edeceğiz. Çözeltideki hidrojen iyonlarının veya hidroksit iyonlarının miktarına bağlı olarak asidik veya bazik olarak kabul edilir.

Asitlik veya bazlık miktarını, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun negatif günlüğü olarak hesaplanan pH kullanarak ölçeriz. Bu nedenle, 7'nin altındaki pH değerleri asidiktir ve 7'nin üzerindeki pH değerleri baziktir. pH 7 nötrdür.

Asitler ve bazlar da pH'larından farklı olan kuvvetlerine göre karşılaştırılır. Bir asidin gücü, hidrojen iyonunun eşlenik baz adı verilen anyondan ne kadar kolay ayrıştığı ile ilgilidir. Aynı fikir, hidroksit iyonu ve onun eşlenik asidine atıfta bulunan bir baz için de geçerlidir. Asit ayrışma sabitini veya K_a'yı kullanarak bu kuvvete bir değer atayabiliriz.

KA, ayrışmamış asit ve ayrışmış hidrojen iyonları ve eşlenik bazın konsantrasyonları kullanılarak tanımlanır. Bu ilişkinin genellikle K_a'nın negatif günlüğü olan pK_a olarak temsil edildiğini görebilirsiniz. pK_a ne kadar küçükse, asit o kadar güçlü olur.

Hidroklorik asit gibi bazı asitler monoprotiktir, yani yalnızca bir hidrojen iyonunu ayrıştırabilirler. Fosforik asit gibi poliprotik asitler birkaç hidrojen iyonunu ayrıştırabilir. Her ayrışmanın kendi pK_a'sı vardır.

Peki, pK_a'yı nasıl belirleyebiliriz? Bunun bir yolu, asit-baz titrasyonu yapmaktır. Titrasyon, konsantrasyonu bilinen bir çözeltinin, aralarındaki reaksiyonu gözlemleyerek konsantrasyonu bilinmeyen bir çözeltiye yavaşça eklenmesiyle gerçekleştirilir. Bu durumda asit, bir tuz ve su oluşturmak için bir nötralizasyon reaksiyonunda baz ile reaksiyona girer.

Bu nedenle, bir asitteki hidrojen iyonlarının konsantrasyonunu ölçmek istiyorsak, asit nötralize olana kadar bilinen bir hidroksit iyonu konsantrasyonuna sahip güçlü bir baz ile basitçe titre edebiliriz. Bir titrasyonu doğru bir şekilde gerçekleştirmek için bazın standartlaştırılması gerekir - bu, tam hidroksit iyonu konsantrasyonunu bildiğiniz anlamına gelir. Bu her zaman basit değildir.

Örneğin, deneyinizde kullanacağınız NaOH çok higroskopiktir, yani atmosferden suyu emer. Bu, NaOH'ye hem katı hem de çözelti halinde olur. Bu nedenle, bir NaOH çözeltisinin gerçek konsantrasyonu beklediğinizden daha düşük olabilir.

NaOH'nin tam konsantrasyonunu belirlemek için önce bir asit-baz titrasyonu yapmalıyız. Bunu yapmak için, bilinen bir konsantrasyona sahip bir asidi titre etmek için bazı kullanmanız gerekir. Potasyum hidrojen ftalat, KHP, higroskopik olmayan bir asittir, bu nedenle konsantrasyonunu kütlesinden doğru bir şekilde hesaplayabiliriz.

Fenolftalein gibi bir pH indikatörü kullanarak titrasyonun ne zaman tamamlandığını, yani asidin nötralize olduğunu görebiliriz. Fenolftalein, yaklaşık pH 0 ile pH 8 arasında nötr ve renksizdir.

PH arttıkça, iki hidrojen iyonu ayrışır. Bu anyonik form pembe renktedir. Bu nedenle, titrasyona başladığımızda, KHP çözeltisi asidiktir ve fenolftalein renksizdir. NaOH eklediğimizde ve hidrojen iyonları nötralize edildiğinde pH artar.

Bu reaksiyonda, eşit miktarda asit ve baz birbirine karıştırıldığında çözelti nötrdür. Bundan sonra, biraz daha NaOH ilavesi pH'ı bazik hale getirir ve çözelti pembeye döner. Bu, uç nokta olarak adlandırılır. KHP'nin mollerini ve onu nötralize etmek için kullanılan NaOH hacmini bilirsek, bazın tam konsantrasyonunu hesaplayabiliriz.

Standartlaştırılmış bir baza sahip olduğumuzda, pH'ı izlerken bilinen bir asit konsantrasyonunu standartlaştırılmış bazımızla titre ederek bir asidin pK_a'sını belirleyebiliriz. Eklenen baz hacmine karşı pH grafiğine titrasyon eğrisi denir. Eğri genellikle bir S veya sigmoidal şekli takip eder, burada eğrinin en dik kısmının bükülme noktası bir eşdeğerlik noktasını gösterir.

Burada, hidroksit iyonlarının ve ayrışmış hidrojen iyonlarının molleri eşittir. PK_a gibi, her ayrışmış hidrojen iyonu için bir eşdeğerlik noktası göreceğiz. Bu nedenle, bir monoprotik asidin yalnızca bir eşdeğerlik noktası vardır ve bir triprotik asidin üç eşdeğerlik noktası vardır.

Titrasyonu gerçekleştirdiğimizde, pH indikatörü renksizden pembeye zar zor döndüğünde eşdeğerlik noktasını geçtiğimizi bileceğiz. Buna titrasyon uç noktası denir. Tabanı standartlaştırdığımızda olduğu gibi, bu, çözeltinin az miktarda hidroksit iyonuna sahip olduğu ve bu nedenle biraz bazik olduğu zamandır.

Grafikteki başka bir bükülme noktası, eşdeğerlik noktasının yarısında gerçekleşir. Burada, ayrışmış ve ayrışmamış asitlerin konsantrasyonları eşittir. Bu nedenle, bu noktadaki pH, pK_a'ya eşittir. Dolayısıyla, bir titrasyon yaparsak ve eşdeğerlik noktası hacmini belirlersek, pK_a'yı bu hacmin yarısında pH olarak hesaplayabiliriz.

Bu laboratuvarda, önce bazınızı standartlaştıracak ve ardından bir poliprotik asidin iki pK_a'sını belirlemek için bu standartlaştırılmış tabanı kullanarak bir titrasyon gerçekleştireceksiniz.