Arabellek

Arabellek

Suya bir Arrhenius asidi (HA) eklendiğinde, eşlenik bazına (A^-) ve bir hidrojen katyonuna (H⁺) ayrışır.

HA + H₂O → H⁺_(sulu) + A^-_(sulu)

Çözeltide bulunan hidrojen iyonlarının miktarı, çözeltinin asitliğini belirler, burada daha fazla hidrojen iyonu daha düşük veya daha asidik bir pH'ı gösterir. Benzer şekilde, suya güçlü bir Arrhenius bazı (BOH) eklendiğinde, eşlenik asidine (B⁺) ve bir hidroksit iyonuna (OH^-) ayrışır.

BOH + H₂O → B⁺_(sulu) + OH-_(sulu)

Genel olarak, bir çözeltiye güçlü asitlerin veya bazların eklenmesi, pH'ı önemli ölçüde değiştirir, çünkü asit veya baz, çözeltideki su molekülleri ile reaksiyona girerek hidrojen iyonlarının veya hidroksit iyonlarının konsantrasyonunu arttırır. Bununla birlikte, pH'daki bu değişiklik bir tampon kullanılarak hafifletilebilir. Tamponlar, güçlü asitlerin veya bazların eklenmesinden bağımsız olarak bir sistemde sabit bir pH'ı korumak için çalışan çözeltilerdir.

Çoğu zaman, bir tamponun bileşenleri, zayıf bir asit veya zayıf bazın eşlenik asit-baz çiftidir. Bu nedenle, suda tamamen ayrışan güçlü asitler veya bazlar çok zayıf tamponlar oluşturur ve kısmen ayrışan zayıf asitler veya bazlar daha iyi tamponlar yapar. Tampon mevcut olduğunda, güçlü asit veya baz, çözeltide bulunan su molekülleri ile reaksiyona girmez ve bunun yerine zayıf asit/eşlenik baz ile reaksiyona girer. Bu, çözeltinin pH'ında çok az veya hiç değişiklik olmamasına neden olur.

Ortak İyon Etkisi

Bir tampon, ortak iyon etkisi adı verilen bir fenomen aracılığıyla çalışır. Ortak iyon etkisi, belirli bir iyon, verilen iyonu zaten içeren dengedeki bir karışıma eklendiğinde ortaya çıkar. Bu olduğunda, denge o iyondan daha fazlasını oluşturmaktan uzaklaşır.

Örneğin, asetik asit (_CH3COOH) suda hafifçe ayrışarak asetat iyonu (_CH3COO^-) ve hidrojen iyonu oluşturur.

CH₃COOH_(aq) H₂O ⇔ H⁺_(aq) + CH₃COO^-_(aq)

Çözünür sodyum asetattan daha fazla asetat iyonu eklenirse, denge konumu daha fazla ayrışmamış asetik asit oluşturmak için sola kayar ve hidrojen iyonlarının konsantrasyonu azalır. Burada, ortak iyon - asetat - asetik asidin ayrışmasını baskılar.

Bir tampon, bir çözeltiyi tamponlamak için hem asidik (HA) hem de bazik (A^-) bileşenlerin yüksek konsantrasyonlarını içermelidir. Tampona eklenen hidrojen veya hidroksit iyonlarının miktarı küçükse, bir tampon bileşeninin az miktarda diğerine dönüşmesine neden olurlar. Eklenen iyonların konsantrasyonu, tamponda zaten mevcut olan HA ve A^- konsantrasyonlarından çok daha küçük olduğu sürece, eklenen iyonlar, tampon bileşenlerinden biri tarafından tüketildikleri için pH üzerinde çok az etkiye sahip olacaktır. Hidrojen veya hidroksit konsantrasyonu, asit ve eşlenik bazının konsantrasyonlarını aştığında, tamponlama etkisi kaybolur ve pH değişir.

Henderson-Hasselbalch Denklemi

Zayıf bir asidin ayrışma sabiti, K_a, ayrışmamış asit HA'nın konsantrasyonları ve hidrojen iyonlarının ve eşlenik bazın A^- konsantrasyonları kullanılarak hesaplanır.

Daha yüksek K_a değerleri daha güçlü asitleri temsil ederken, daha küçük K_a değerleri daha zayıf asitleri temsil eder. Hidrojen iyonlarının konsantrasyonunu belirlemek için denklem yeniden düzenlenir. Bu formda, asit türlerinin baz türlerine oranının, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun ve buna bağlı olarak pH'ın belirlenmesinde önemli olduğu açıktır.

Her iki tarafın negatif ortak logaritmasını almak, Henderson-Hasselbalch denklemi ile sonuçlanır.

Henderson-Hasselbalch denklemi, önce hidrojen iyonlarının konsantrasyonunu hesaplamak zorunda kalmadan doğrudan tampon pH'ının hesaplanmasını sağlar.

Örneğin, 0.02 mol güçlü bir baz eklendikten sonra 1 L'lik bir tamponun pH'ını belirlemek için kullanılabilir. Güçlü baz tamamen ayrışır, bu nedenle eklenen hidroksil iyonlarının konsantrasyonu 0.02 M'dir. Bu, asit konsantrasyonunu 0.02 oranında azaltacaktır. Asit (HA) ve baz (A^-) bileşenlerinin orijinal konsantrasyonunun her birinin 0,5 M olduğunu varsayarsak, yeni baz konsantrasyonu 0,02 M ila 0,52 M artarken, asit konsantrasyonu 0,02 M ila 0,48 M azalır. Tamponun asit bileşeninin pK_a'sını bilerek, pH'ı belirlemek için bu yeni bileşen konsantrasyonlarını Henderson-Hasselbalch denklemine koyabiliriz.

Bu, tampon kapasitesinin belirlenmesinde veya pH'ı önemli ölçüde etkilemeden bir tampona ne kadar güçlü asit veya güçlü baz eklenebileceğinin belirlenmesinde yararlıdır.

Tampon Kapasitesi

Tampon kapasitesi, bir tamponun pH değişimine direnme yeteneğinin ölçüsüdür. Bu yetenek, tampon bileşenlerinin konsantrasyonuna, yani asit ve eşlenik bazına bağlıdır. Daha yüksek bir tampon konsantrasyonu, daha büyük bir tampon kapasitesine sahiptir. Bu, dengeyi bozmak ve tamponun pH'ını değiştirmek için daha fazla miktarda hidrojen iyonu veya daha güçlü bir asit eklenmesi gerektiği anlamına gelir.

Tampon kapasitesi, tampon bileşenlerinin nispi konsantrasyonlarından da etkilenir. Tampon, bileşenlerin konsantrasyonları benzer olduğunda daha etkilidir. Tampon bileşen oranı benzerse, asit veya baz eklendiğinde bileşen konsantrasyon oranı önemli ölçüde değişmez; oranı dengelemek ve pH'ı değiştirmek için büyük miktarlarda asit veya baz eklenmelidir.

Tamponun pH'ı, tampon kapasitesinden farklıdır. pH aralığı, tamponun etkili olduğu aralıktır. Tipik olarak, tamponlar, tamponun asit bileşeninin pK_a'sının 1 pH birimi içinde kullanılabilir bir aralığa sahiptir.

Başvuru

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Kimya ve Kimyasal Reaktivite. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Öğrenme.
2. Silberberg, M.S. (2009). Kimya: Maddenin ve Değişimin Moleküler Doğası. Boston, MA: McGraw Tepesi.