Sulu Çözelti Tepkimeleri ( Yrd.Doç.Dr. İbrahim İsmet ÖZTÜRK )

4.1. Sulu Çözeltilerin Genel Özellikleri 4.2. Çökme Tepkimeleri 4.3. Asit-Baz Tepkimeleri 4.4. Yükseltgenme ve İndirgenme Tepkimeleri 4.5. Çözelti Derişimleri 4.6. Çözelti Stokiyometrisi

4.1. SULU ÇÖZELTİLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Çözelti iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımıdır. Çözeltide az miktarda bulunan türe çözünen, fazla miktarda bulunan türe ise çözücü adı verilir. Bir çözelti gaz (hava gibi), katı (alaşım gibi) veya sıvı (deniz suyu gibi) olabilir. Elektrolit ve Elektrolit Olmayanlar Suda çözünen tüm maddeler elektrolit ve elektrolit olmayanlar diye iki sınıfa ayrılırlar. Elektrolit suda çözündüğünde çözeltisi elektrik akımını ileten maddedir. Elektrolit olmayan maddeler suda çözündüğünde elektrik akımını iletmezler.

a) Elektrolit olmayan bir çözelti b) Zayıf elektrolit bir çözelti c) Kuvvetli elektrolit bir çözelti

Ayrışma deyince çözünen maddenin katyon ve anyonlarına iyonlaştığı anlaşılır. Buna göre, sodyum klorürün çözünmesini aşağıdaki gibi gösterebiliriz.

Sodyum klorür gibi iyonik bir bileşik suda çözündüğünde katıda bulunan üç boyutlu iyon örgüsü bozulur ve Na+ ile Cl- iyonları birbirinden ayrılır. Çözeltideki her bir Na+ iyonu, negatif uçlarını katyona doğru yönlendiren birçok – su molekülü tarafından kuşatılır. Benzer şekilde, Cl iyonları pozitif uçlarını anyona yönlendiren su molekülleriyle sarılırlar. Bir iyonun belirli bir yönlenmeyle su molekülleri tarafından kuşatılmasına hidratlaşma denir. Hidratlaşma çözeltideki iyonların kararlı olmasını sağlar ve katyonlarla anyonların birleşmesini engeller.

Asitler ve bazlar da elektrolittirler. Hidroklorik asit (HCl) ve Nitrik asit (HNO ) gibi bazı asitler kuvvetli elektrolittirler. Bu asitler suda tamamen 3 iyonlaşırlar. DiDiğğerer taraftantaraftan sirkedesirkede bulunanbulunan asatikasatik asitasit gibigibi asitlerasitler çokçok dahadaha azaz – iyonlaşırlar. Asetik asitin iyonlaşarak asetat olarak adlandırılan CH COO iyonu 3 verdiği tepkime şöyledir.

Eşitlikte görülen çift yönlü ok tepkimenin tersinir olduğu ve her iki yönde yürüdüğünü ifade eder. Net bir hız değişmesinin gözlenmediği bu kimyasal hal kimyasal denge diye adlandırılır. Bunun aksine hidroklorik asit çözeltisinde HCl dan ayrışan H+ ve Cl- iyonları tekrar birleşerek HCl molekülünü oluşturamazlar. Bundan dolayı HCl’in sudaki tamamen ayrıştığını göstermek için tek yönlü okla gösterilir.

4.2. ÇÖKME TEPKİMELERİ Çökme tepkimesi sulu çözeltide çözünmeyen ürün yada çökelek oluşturan yaygın bir tepkime türüdür. Çökelek, çözeltiden ayrılan, çözünmeyen bir katıdır. Çökme tepkimeleri genellikle iyonik bileşikler içerirler.

Çözünürlük: Çözünürlük, belirli bir sıcaklıkta belirli miktardaki çözücü içerisinde çözünebilen maksimum çözünen miktarı olarak tanımlanır.

CdS PbS Ni(OH)2 Al(OH)3

Aşağıdaki bileşikleri suda çözünür yada çözünmez diye sınıflandırınız.

Moleküller ve Đyonik Eşitlikler: Kurşun iyodürün çökmesini gösteren eşitlik, bütün türlerin molekül ya da formül birimi olarak yazılmasından dolayı moleküler eşitlik olarak ifade edilir. Đyonik bileşikler suda çözündüğü zaman katyon ve anyon şeklinde bilebileşşenlerineenlerine ayrılırlarayrılırlar.. KimyasalKimyasal eeşşitliklerin,itliklerin, çözünmüçözünmüşş iyonikiyonik bilebileşşikleriniklerin iyonlarına ayrışmasını göstermesi gerekir. Buna göre potasyum iyodür ile kurşun nitrat arasındaki tepkimeye geri dönersek bu eşitliği aşağıdaki şekilde yazabiliriz.

Bu eşitlik çözünen türleri serbest iyonlar olarak gösteren iyonik eşitlik olarak adlandırılır. Đyonik eşitlik, tepkimede işlevi olmayan iyonları da içerir. Bunlara gözlemci iyonlar denir. Bu tepkimede K+ ve NO3- iyonları, iyonik eşitliğin her iki tarafında yer aldıklarından ve kimyasal tepkimede değişmeden kaldıklarından ihmalihmal edilirleredilirler.. BunaBuna göregöre sadecesadece tepkimeyetepkimeye katılankatılan türleritürleri dikkatedikkate alarakalarak netnet iyonik eşitliği yazabiliriz. Baryum klorür’ün (BaCl ) sulu çözeltisi sodyum sülfatın (Na SO ) sulu 2 2 4 çözeltisine ilave edildiği zaman beyaz renkte baryum sülfat (BaSO ) çökeleğinin 4 oluştuğu gözlenir. Bu tepkime için;

Moleküler eşitlik; Đyonik eşitlik; Net iyonik eşitlik;

İyonik ve net eşitlikleri yazmak için izlenecek adımlar aşağıda özetlenmiştir. 1- Tepkimenin denkleşmişmoleküler eşitliğini yazınız. 2- Çözeltideki tüm iyonları gösteren eşitliği yazınız 3- Eşitliğin her iki yanında, tepkimeye girmeyen iyonları eşitlikten çıkararak, net iyonik eşitliği yazınız.

4.3. ASİT VE BAZ TEPKİMELERİ Asitler ve bazlar çoğu ilaç ve ev ürünlerinin temel maddesidir. Ayrıca asit-baz kimyası sanayide ve biyolojik işlemlerde oldukça önemlidir. Asit ve Bazların Genel Özellikleri: Suda H+ iyonu vererek iyonlaşan maddeler asit OH- iyonu vererek iyonlaiyonlaşşanan maddelermaddeler bazbaz olarakolarak tanımlanmıtanımlanmışştırtır.. BuBu tanımtanım 1919.. YüzyılYüzyıl sonlarındasonlarında Đsveçli kimyacı Svante Arrhenius tarafından sulu çözeltilerde özellikleri iyi bilinen maddelerin sınıflandırılmasıyla ortaya konmuştur. Asitler: • Asitlerin tadı ekşidir. Limon ve diğer turunçgiller sitrik asit içerir. • Asitler bitkisel boyalarda renk değişimine neden olurlar. Mavi turnusol kâğıdının rengini kırmızıya çevirirler.

• Asitler çinko, magnezyum ve demir gibi metallerle tepkimeye girerek hidrojen gazı açığa çıkarırlar. • Asitler karbonatlarla ve bikarbonatlarla tepkimeye girerek CO2 gazı açığa çıkarırlar. Bazlar: • Bazların tatları acıdır. • Bazlar kayganlık hissi verir. Örneğin sabunlar, baz içerdiklerinden, bu özelliği gösterirler.

• Bazlar bitkisel boyalarda renk değişimine neden olurlar. Örneğin kırmızı turnusol kağıdının rengini maviye çevirirler. • Sulu baz çözeltileri elektrik akımını iletirler. Tebeşir (CaCO ) hidroklorik asit ile tepkimeye girerek 3 CO2 gazı açığa çıkarır.

Brønsted Asit ve Bazları Arrhenius’un asit baz tanımı sadece sulu çözeltilere uygulandığı için dar kapsamlıdır. Daha kapsamlı bir asit-baz tanımı 1932 yılında Danimarkalı kimyacı Johannes Brønsted tarafından önerilmiştir. Buna göre Brønsted asidi proton veren, Brønsted bazı ise proton alan maddedir. Brønsted tanımına göre asit ve bazların sulu çözeltilerde bulunma zorunluluğu olmadığına dikkat edilmelidir. Hidroklorik asit sulu ortamda bir proton verdiği için Brønsted asididir. Protonlar son derece küçük tanecikler olduğundan ve suyun negatif kısmı ile kuvvetle çekildiğinden sulu çözeltilerde tek başlarına bulunamazlar. Sonuç olarak proton şekilde gösterildiği gibi hidratlaşmış halde bulunur. Bundan dolayı hidroklorik asitin iyonlaşması aşağıdaki şekilde yazılmalıdır.

+ Hidratlaşmışproton H O , hidronyum iyonu olarak adlandırılır. 3 H O+ iyonlarının elektrostatik potansiyel 3 haritası. Bu spektrumda elektronca zengin bölgeler kırmızı, fakir bölgeler ise mavidir.

Tek Protonlu Asitler: Bu tür asitlerin her bir molekülü iyonlaştığında sadece bir hidrojen iyonu verir. Đki Protonlu Asitler: Her bir asit molekülü iki ayrışma basamağında iki H+ iyonu verirverir.. Üç Protonlu Asitler: Her bir asit molekülü üç ayrışma basamağında üç H+ iyonu verir. Bu asitlerin sayıları nispeten azdır.

Sodyum hidroksit (NaOH) ve Baryum hidroksitin (Ba(OH) ) kuvvetli 2 elektrolit olduğu daha önce gösterilmiştir. Buna göre çözeltide tamamen iyonlaşırlar. – OH iyonu aşağıda gösterildiği gibi proton alır. – Bu yüzden OH bir Brønsted bazıdır. Amonyak (NH ) sudan H+ iyonu alabildiği için Brønsted bazı olarak sınıflandırılır. 3

SORU: Aşağıda verilen her bir türü sulu çözeltide Brønsted asiti ve bazı olmalarına göre sınıflandırınız: a) HBr b) NO2- c) HCO3- Brønsted asitidir. BrønstedBrønsted bazıdırbazıdır. . Brønsted asitidir. Brønsted bazıdır. HCO3- iyonu hem asit hem de baz özelliği gösterdiğinden dolayı amfoterdir.

Asit-Baz Nötralleşmesi Nötralleşme tepkimesi asit ve baz arasında meydana gelen bir tepkimedir. Çoğunlukla, sulu çözeltideki asit ve baz tepkimeleri tuz ve su oluşturur. Tuz katyon ve anyonlardan oluşan iyonik bir bileşiktir. ÖrneÖrneğğinin HClHCl çözeltisiçözeltisi ileile NaOHNaOH çözeltisiçözeltisi karıkarışştırıldıtırıldığğındaında aaşşaağğıdakiıdaki tepkimetepkime meydana gelir. Ancak, bu asit ve bazın her ikisi de kuvvetli elektrolit olduklarından, çözeltide tamamen iyonlaşırlar. Bu iyonik eşitlik ise:

Buna göre tepkimeyi net iyonik eşitlik şeklinde yazabiliriz. + – Na ve Cl iyonları gözlemci iyonlardır. Şimdide NaOH ile zayıf bir asit olan hidrojen siyanür (HCN) arasındaki tepkimeyi inceleyelim: Bu durumda iyonik eşitlik: Net iyonik eşitlik:

Gaz Oluşturan Asit-Baz Tepkimeleri Karbonat (CO32-), bikarbonat (HCO3-), sülfit (SO32-) ve sülfür (S2-) tuzları asitlerle tepkimeye girerek gaz ürünler oluştururlar. Örneğin: sodyum karbonat (Na CO ) ile HCl(suda) arasındaki tepkime için moleküler eşitlik: 2 3 OluOluşşanan karbonikkarbonik asitasit kararsızdırkararsızdır veve çözeltideçözeltide yeterliyeterli deriderişşimeime erierişştitiğğindeinde aşağıdaki tepkimeyle bozunur: Yukarıda sözünü ettiğimiz tuzlarla ilgili benzer tepkimelerde şunlardır:

4.4. İNDİRGENME YÜKSELTGENME TEPKİMELERİ Asit-baz tepkimelerinin temeli proton aktarımını dayanırken, indirgenme- yükseltgenme (ya da redoks tepkimeleri) tepkimelerinin esasını elektron aktarımı oluşturur. Çevremizdeki tepkimelerin birçoğu indirgenme-yükseltgenme tepkimesidir. Çoğu indirgenme-yükseltgenme tepkimesi suda oluşurken, sulu çözeltide oluşmayanlarda vardır. Susuz ortamda meydana gelen redoks tepkimeleri daha basittir. Magnezyum ve oksijenden magnezyum oksit (MgO) oluşumunu göz önüne alalım.

Magnezyum oksit (MgO), Mg2+ ve O2- ‘den oluşan iyonik bir bileşiktir. Bu tepkimede, iki Mg atomu 4 elektronunu 2 O atomuna verir.Bu işlemin iki basamakta olduğunu düşünürsek; birinci basamakta 2 Mg atomu 4 elektron kaybetmekte, ikinci basamakta ise 1 O2 molekülü 4 elektron kazanmaktadır. Yukarıdaki tepkimenin her bir basamağı yarı tepkime olarak adlandırılır ve tepkimede elektronlar açıkça yer alır. Yarı tepkimelerin toplamı ise net tepkimeyi verir: Eğer tepkimenin her iki tarafında yer alan elektronları ihmal edersek:

Son olarak Mg2+ ve O2- iyonları MgO oluşturmak üzere birleşirler. Yükseltgenme tepkimesi elektron kaybının olduğu yarı tepkimedir. Đndirgenme tepkimesi elektron kazanmanın gerçekleştiği yarı-tepkimedir. Magnezyum oksit oluşumunda magnezyum yükseltgenir. Magnezyum iki elektronunu oksijene vererek oksijenin indirgenmesine neden olduğundan, magnezyum bu tepkimede indirgen’dir. Bu tepkimede oksijen indirgenirken magnezyumdan iki elektron alarak onun yükseltgenmesine neden olduğundan, oksijen yükseltgen olarak adlandırılır. Yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinde indirgenin kaybettiği elektron sayısı yükseltgenin aldığı elektron sayısına eşit olmalıdır.

Yükseltgenme Basamağı Elektron kaybetme ve elektron kazanmayı içeren yükseltgenme- indirgenme kavramı MgO gibi iyonik bileşiklere uyar. Ancak bu tanımlama hidrojen klorür (HCl) ve kükürt dioksit (SO ) gibi bileşiklerin oluşumunu doğru 2 olarak açıklamaz. Bunun nedeni HCl ve SO ’in iyonik değil, moleküler bileşik olmasıdır. 2 Bu bileşiklerin oluşmasında elektron aktarımı olmaz. Yinede deneysel verilerin kısmi elektron aktarımı göstermesinden dolayı (HCl’de H den Cl’ a ve SO2 de S’den O’e) bu tür tepkimeleri redoks tepkimesi olarak ele alırlar.

Bir redoks tepkimesinde elektron aktarımını izlemek için ürün ve tepkenlerin yükseltgenme basamaklarının belirlenmesi gerekir. Bir atomun yükseltgenme basamağı, eğer elektron aktarımı tamamen gerçekleşmişse, moleküldeki veya iyonik bileşikteki atomun yük sayısıdır. Örneğin yukarıda verilen HCl ve SO2 oluşumunu yeniden yazarsak: Verilen tepkimelerde elementlerin üzerindeki sayılar yükseltgenme basamaklarıdır. Her iki eşitlikte de tepkenlerdeki atomlar üzerinde yük yoktur ve bu nedenle yükseltgenme basamakları 0 dır. Ürün molekülleri için elektron aktarımının tam olarak gerçekleştiği ve atomların elektron aldıkları veya verdikleri kabul edilir. Sonuç olarak yükseltgenme basamağı aktarılan elektron sayısını verir.

Yükseltgenme basamakları elementlerin yükseltgendiğini ya da indirgendiğini anlamamızı sağlar. Yukarıdaki örnek, H ve S’ün yükseltgenme basamaklarında bir artışolduğunu, dolayısıyla yükseltgendiklerini gösterir. Cl ve O ise indirgenmekte yani yükseltgenme basamakları başlangıca göre azalmaktadır. Burada HCl de H ve Cl’un yükseltgenme basamakları (+1 ve -1) toplamı sıfırdır. Aynı şekilde, S üzerinde (+4) ve iki O atomu üzerinde 2x(-2)=(-4) olmak üzere, toplamtoplam yükyük sıfırdırsıfırdır.. HClHCl veve SOSO22 ninnin nötürnötür olmasınınolmasının nedeninedeni yüklerinyüklerin birbirinibirbirini götürmesidir. Yükseltgenme basamaklarını bulmak için aşağıdaki kuralları izlemek yararlı olur; • Bir elementin tek başına bağ yapmadığı durumda yükseltgenme basamağı sıfırdır. (H , Br , Na, K, O ). 2 2 2 • Tek atomlu iyonlarda yükseltgenme basamağı iyonun yüküne eşittir. Bundan dolayı Li+ iyonu +1, Ba2+ iyonu +2, O2- iyonu -2 yükseltgenme basamağına sahiptir.

• Oksijenin bir çok yükseltgenme basamağı -2’dir. Hidrojen peroksitte (H2O2) ve peroksit iyonunda (O2-2) -1’dir. • Flor bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağına sahiptir. Diğer halojenler, bileşiklerinde halojenür iyonları halinde bulunduklarında negatif yükseltgenme basamağına sahiptir. Ancak, oksiasit ve oksianyonlarda olduğu gibi oksijenle oluoluşşturduklarıturdukları bilebileşşiklerdeiklerde pozitifpozitif yükseltgenmeyükseltgenme basamabasamağğınaına sahiptirlersahiptirler.. • Nötür bir molekülde atomların yükseltgenme basamakları toplamı sıfır olmalıdır. • Yükseltgenme basamağı tam sayı olmak zorunda değildir. Örneğin süperoksit (O – 2 ) iyonundaki oksijenin yükseltgenme basamağı -1/2’dir.

Aşağıda verilen iyon ve bileşiklerin yükseltgenme basamaklarını belirleyiniz. Li O MnO – HNO PF Cr O 2- 2 4 3 3 2 7

Bazı Yaygın Yükseltgenme ve Đndirgenme Tepkimeleri Çok bilinen yükseltgenme ve indirgenme tepkimelerinden bazıları birleşme, bozunma, yanma ve yerdeğiştirme tepkimeleridir. Birleşme Tepkimeleri Birleşme tepkimesi iki yada daha fazla maddenin tek bir ürün oluşturmak üzere bir araya geldiği tepkimedir.

Bozunma Tepkimeleri Bozunma tepkimeleri birleşme tepkimelerinin tersidir. Bozunma tepkimesi bir bileşiğin iki yada daha fazla bileşene ayrıştığı tepkimedir.

Yanma tepkimeleri Yanma tepkimesi bir maddenin oksijenle tepkimeye girerek genellikle ısı ve ışığın açığa çıktığı alev oluşturan tepkimelerdir. Yerdeğiştirme Tepkimeleri Yerdeğiştirme tepkimesinde bir bileşikteki iyon yada atom başka bir elementin iyonu yada atomuyla yer değiştirir. Yerdeğiştirme tepkimelerinin çoğu şu üç alt sınıflandırmadan birine uyar. Bunlar, hidrojenin yerdeğiştirmesi, metalin yerdeğiştirmesi ve halojenin yerdeğiştirmesidir.

1. Hidrojenin yerdeğiştirmesi

2. Metalin Yerdeğiştirmesi

3. Halojenin Yerdeğiştirmesi

4.5. ÇÖZELTİLERİN DERİŞİMLERİ Çözelti stokiyometrisini kullanırken çözeltide ne kadar tepken olduğunu ve sulu çözeltide tepkimeyi sağlamak için kullanılan tepken miktarını kontrol edeceğimizi bilmemiz gerekir. Bir çözeltinin derişimi, belli miktardaki çözelti ya da çözücü içerisinde çözünen madde miktarıdır. Çözelti derişimi pek çok birim ile belirtilebilir. Burada, kimyada en yaygın derişim birimi olan molarite (M) yada molar derişim incelenecektir. Molarite 1 litre çözeltide çözünen maddenin mol sayısıdır ve aşağıdaki eşitlik ile ifade edilir.

Facebook Yorumları

Bir Cevap Yazın