15.11: Tuz Çözeltilerinin pH'sını Belirleme

Bir tuz çözeltisinin pH'sı, bileşen anyonları ve katyonları tarafından belirlenir. Nötr pH anyonlar ve hidronyum iyon üreten katyonlar içeren tuzlar, pH değeri 7'nin altında olan bir çözelti oluşturur. Örneğin, amonyum nitrat (NH₄NO₃) çözelti, NO₃⁻ iyonları su ile reaksiyona girmezken NH₄⁺ iyonları asidik çözelti ile sonuçlanan hidronyum iyonlarını üretir. Buna karşılık, pH nötr katyonlar ve hidroksit iyonu üreten anyonlar içeren tuzlar, pH'ı 7'den büyük olan bir çözelti oluşturur. Örneğin, sodyum florür (NaF) çözeltisinde, Na⁺ nötr pH’lıdır, ancak F^- hidroksit iyonları üretir ve bazik çözelti oluşturur. Güçlü bir asit veya bazın karşı iyonları nötr pH’lıdır ve bu tür karşı iyonlar tarafından oluşturulan tuzlar, pH'ı 7'ye eşit olan nötr bir çözelti oluşturur. Örneğin, KBr'de K⁺ katyonu etkisizdir ve pH'yı etkilemeyecektir. Bromür iyonu, kuvvetli bir asidin eşlenik tabanıdır ve bu nedenle ihmal edilebilir baz kuvvetine sahiptir (kayda değer bir baz iyonizasyonu yoktur). Çözelti nötrdür.

Bazı tuzlar hem asidik bir katyon hem de bazik bir anyon içerir. Bir çözeltinin genel asitliği veya bazlığı, K_a ve K_b kullanılarak karşılaştırılabilen katyon ve anyonun nispi kuvveti ile belirlenir. Örneğin, NH₄'de NH₄⁺ iyonu asidiktir ve F⁻ iyonu baziktir (zayıf asit HF'nin eşlenik bazı). İki iyonlaşma sabitinin karşılaştırılması: NH₄⁺’un K_a’sı 5,6 × 10⁻¹⁰’dur ve F⁻’nin K_b’si 1,6 × 10⁻¹¹’dir, bu yüzden çözelti asidiktir çünkü K_a > K_b.

Asidik Tuz Çözeltisinin pH'sını Hesaplama

Anilin, boya üretiminde kullanılan bir amindir. Anilin, zayıf baz anilin ve hidroklorik asidin reaksiyonu ile hazırlanan bir tuz olan anilinyum klorür, [C₆H₅NH₃⁺]Cl olarak izole edilmiştir. 0,233 M anilinyum klorür çözeltisinin pH'ı nedir?

Anilinyum iyonu için K_a, anilin olan onun eşlenik bazı için K_b’den türetilir:

Sağlanan bilgiler kullanarak, bu sistem için bir ICE tablosu hazırlanır:

Bu denge konsantrasyon terimlerinin K_a ifadesine yerleştirilmesi şunu verir

x << 0,233 varsayarsak, denklem basitleşir ve x:  çözülür;

ICE tablosu, hidronyum iyon molaritesi olarak x’i tanımlar ve böylece pH şu şekilde hesaplanır

[Al(H₂O)₆]³⁺ Hidrolizi

Hidratlanmış alüminyum iyonunu [Al(H₂O)₆]³⁺ çözeltisine vermek için tamamen çözünen 0,10 M alüminyum klorür çözeltisinin pH'sını hesaplayın.

Reaksiyon ve K_a için denklem:

Sağlanan bilgilere sahip bir ICE tablosu

Denge konsantrasyonlarının ifadelerini iyonizasyon sabiti için denkleme yerleştirmek şunu verir:

x << 0,10 varsaymak ve basitleştirilmiş denklemi çözmek şunu sağlar:

ICE tablosu, x ’i hidronyum iyon konsantrasyonuna eşit olarak tanımlar ve bu yüzden pH, 2,92 olarak hesaplanır ve çözelti asidiktir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.

Tuz çözeltileri asidik, bazik veya nötr olabilir. Tek tek iyonlar, çözeltisinin pH'ının yedinin altında, üstünde veya buna eşit olup olmayacağını belirlemek için incelenebilir. PH nötr katyonlar ve anyonlar içeren tuzlar nötr çözeltiler oluşturur.

Bu tuzlar, güçlü bir asit ve güçlü bir bazın karşı iyonlarından oluşur. Ne potasyum ne de nitrat asidik veya bazik özelliklere sahip olmadığından, saf sulu potasyum nitrat çözeltisinin pH'ı 7 olacaktır. Zayıf bir bazın karşı iyonu olan bir katyon ve güçlü bir asidin karşı iyonu olan bir anyon içeren tuzların pH'ı 7'nin altında olacaktır.

Bir amonyum bromür çözeltisinde, bromür iyonları pH nötr iken, amonyum iyonları asidiktir ve su moleküllerine protonlar verir. Güçlü bir bazın karşı iyonu olan bir katyon ve zayıf bir asidin karşı iyonu olan bir anyon içeren tuzların pH'ı 7'den büyük olacaktır. Bir sodyum asetat çözeltisinde, sodyum iyonları pH nötr iken asetat iyonları baziktir ve su moleküllerinden protonları kabul eder.

Bazı tuzlar, sırasıyla zayıf asit ve zayıf bazın karşı iyonları olan bir katyon ve anyon içerir. Katyonun Ka'sı anyonun Kb'sinden büyükse çözelti asidik;anyonun Kb'si katyonun Ka'sından büyükse bazik;Ka ve Kb eşitse nötr olacaktır. Bir amonyum nitrit çözeltisinde, amonyum için Ka, nitrit iyonları için Kb'den daha yüksektir;bu nedenle çözelti asidik olacaktır.

Asidik veya bazik bir iyon içeren bir tuz çözeltisinin tam pH'ı, bu iyonun konjugat asidi veya bazı için ayrışma sabiti kullanılarak belirlenebilir. 0, 35 M sodyum siyanürün pH'ı, konjugat asidinin Ka'sından siyanürün Kb'si hesaplanarak ve denge konsantrasyonunu belirlemek için bir ICE tablosu oluşturularak belirlenebilir. Sodyum katyonları su ile reaksiyona girmediğinden pH'ı etkilemezler ve ihmal edilebilirler.

Tersine, siyanür iyonları su moleküllerinden protonları kabul eder ve hidroksit iyonları üretir. Siyanür iyonları için Kb, Ka çarpı Kb eşittir Kw denklemi kullanılarak belirlenebilir. Hidrosiyanik asit için Ka değeri 4, 90×10⁻¹⁰ olduğundan, siyanür iyonları için Kb değeri 2, 04×10⁻⁵'dir.

Kb, hidrosiyanik asit konsantrasyonu çarpı hidroksit iyonları konsantrasyonunun siyanür iyonlarının konsantrasyonuna bölünmesine eşittir. Başlangıç ve denge konsantrasyonlarını ifade etmek için bir ICE tablosu oluşturulabilir. Denge konsantrasyonlarını ifadeye koyarsak, Kb eşittir x çarpı x bölü 0, 35 olur, bu da daha sonra 5 kuralı ile doğrulanabilir.

Denklemi çözdükten sonra, x 2, 7×10⁻³ molara eşittir. X, 0, 35 M'nin sadece yüzde 0, 77'si olduğundan, 0, 35 eksi x, 0, 35'e eşittir. Çözeltinin pOH'si, 2, 57'ye eşit olan 2, 7 10⁻³ M'lik negatif log alınarak hesaplanabilir.

pH artı pOH denklem, kullanılarak belirlenmiş çözeltinin pH'ı 14'e eşittir;bu nedenle, bu sodyum siyanür çözeltisinin pH'ı 11, 43'tür.