DENEY 5
ASİDİK VE BAZİK ÇÖZELTİLER
pH Skalası ve pH Ölçümleri
AMAÇ:
Çeşitli asit ve baz çözeltileri için pH’nın ve pH skalasının ne olduğunun anlaşılması, pH
kağıtları ve pH-metre yardımı ile hazırlanmış asidik ve bazik çözeltilerin pH’larının
saptanması.
TEORİ
Deney 4’de asit ve bazlarla ilgili teorik detaylı bilgiler verilmişti. Bu bilgiler burada tekrar
edilmeyecektir. Bu nedenle aşağıdaki pH konusuna girmeden önce söz konusu bilgileri
tekrarlamanız tavsiye edilmektedir.
pH nedir?
pH, bir çözeltinin asitliğini ya da bazikliğini (alkalinitesini) derecelendirmeye yarayan bir
ölçü birimidir/skalasıdır. Kavram ilk kez 1909'da Danimarkalı kimyager Soren P. L. Sorensen
tarafından ortaya atmıştır. İngilizce 'potential of hydrogen (hidrojenin potansiyeli)' veya
'power of hydrogen (hidrojenin gücü)' in kısaca gösterilimidir. Ayrıca pH şeklindeki
kısaltmada; p eksi logaritmanın matematiksel sembolüdür, H ise hidrojen elementinin
kimyasal gösterimidir. Yani; sulu ortamda hidrojen iyonu H+ (veya hidronyum iyonu H3O+)
molar konsantrasyonun 10 tabanına göre eksi (-) logaritmasıdır.
pH = - log [H+] veya pH = - log [H3O+]
Suyun pH derecesi, içinde çözünmüş halde bulunan bütün asidik ve bazik maddelerden
etkilenir. Suyun pH derecesiyle, bütün bu maddelerin toplam etkisi ölçülmüş olur. Suda ne
kadar çok asidik madde varsa, pH değeri o kadar düşer. Başka bir ifade ile belirtilirse, asidik
su elektron almaya, bazik su ise vermeye eğilimlidir. Aşağıdaki skalada günlük hayatta
karşılaştığımız bazı maddelerin yaklaşık pH depğerleri görülmektedir.
pH Ölçeği /pH Skalası (pH Scale): 0 - 14 pH skalası
Suyun pH derecesi, sudaki hidrojen (H+) iyonları molar konsantrasyonunun negatif
logaritmasıyla (10 tabanına göre) orantılıdır ve 0-14 aralığında bir skalayla ölçülür. Saf suyun
hidrojen iyonları (H+) konsantrasyonu, hidroksit (OH-) iyonları konsantrasyonuna eşittir ve bu
nedenle pH derecesi de nötr (neutral), yani 7'dir. Aşağıdaki her iki pH skalasında görüldüğü
gibi; asidik özellikli sularda pH 0-7 aralığı geçerlidir ve H+ iyonları OH- iyonlarından daha
fazladır, bazik özellikli sularda ise OH- iyonları H+ iyonlarından daha fazla bulunur ve pH 714 aralığındadır.
pH ölçeği, (Almanca pH-Wert, Fransızca Echelle pH, İngilizce. pH scale), sulu çözeltilerdeki
H+ ın (ve dolaylı olarak OH-) molar konsantrasyonunun logaritmik olarak ifadesidir. Sulu
çözeltilerin H+ ve OH- konsantrasyonlarını tek bir skala ile ifade edebilmek için, H+ iyonu
molar konsantrasyonunun eksi logaritması alınır ve buna pH adı verilir: pH = - log [H+].
Esasında H+ iyonu suda serbest halde bulunmayıp daima bir su molekülüyle birleşmiş
durumda, yani hidronyum iyonu (H3O+) şeklindedir. Diğer taraftan istenirse OH- nin molar
konsantrasyonunun eksi logaritmasının alınmasıyla da pOH ifadesi elde edilir. Saf su, çok az
olmakla birlikte dissosiye durumdadır ve suyun dissosiyasyon sabiti yaklaşık 1,0x10 -14 tür.
HOH → H+ + OH-
Saf suda H+ ve OH- iyonlarının hepsi su moleküllerinin ayrışmasından meydana gelmelidir.
Bu durumda H+ ve OH- iyonlarının mol sayıları birbirine eşit olur.
[H+] [OH-]= 1,0x10 -14
[H+] = [OH-] = 1,0.10 -7 M
Yukarıdaki pH tanımından saf su için pH = 7 ve pOH = 7 olarak bulunur. O halde seyreltik
sulu çözeltide daima pH + pOH = 14 'tür.
Eğer suya asit ilâve edilirse hidrojen iyonu konsantrasyonu 1,0x10 -7 M’ın üstüne çıkar.
İyonlar çarpımı 1,0x10 -14 olarak sabit kalacağı için hidroksit iyonu konsantrasyonu 1,0x10 -7
M’ın altına düşer. Benzer şekilde suya baz eklenirse OH- konsantrasyonu 1,0x10 -7 M’ın
üstüne çıkar ve H+ konsantrasyonu 1,0x10 -7 M’ın altına düşer.
Bütün nötr çözeltilerin pH'sı 7'dir. Düşük konsantrasyonlardaki sulu çözeltilerde pH, 0'dan
14'e kadar değişen değerler alır. Asitli çözeltilerin pH'sı 7'den küçük, bazik çözeltilerin pH'sı
7'den büyüktür.
Asitler sulu çözeltide HCl (hidroklorik) asitte olduğu gibi;
HCl → H+ + Cliyonlaşarak (dissosiye olarak) bir H+ verirlerse “bir değerlikli kuvvetli asit” olarak
tanımlanırlar. Ancak sülfirik asitte (H2SO4) olduğu gibi; suda iyonlaştığında iki H+ veren
asitler de vardır, bunlara ise “iki değerlikli kuvvetli asitler” denir.
H2SO4 → 2 H+ + SO4-2
Bu durumda 1 M’lık H2SO4 sulu çözeltisinde 2 M H+ varken, yine 1 M’lık HCl sulu
çözeltisinde 1M H+ olur. Yani her ikisi de 1 M olan sulu asit çözeltilerinden H2SO4, HCl’in
iki katı H+ iyonu vermiş olur. pH hesaplamalarında bir karışıklığa meydan vermemek için;
pH tanımının asit konsantrasyonu cinsinden değil de iyonlaşma (dissosiyasyon) sonucunda
sudaki molar H+ konsantrasyonu cinsinden
pH = - log [H+]
şeklinde verildiğine dikkat edilmelidir.
pH skalaları H+ konsantrasyonlarını belirtmek için düzenlenmiştir. 10 tabanındaki logaritmik
özelliğinden dolayı pH bir birim değiştiğinde H+ konsantrasyonu 10 kat değişir. Örnek olarak,
aşağıdaki Çizelge’de görüldüğü gibi; pH = 0 bir değerlikli kuvvetli asidin 1 M’lık çözeltisine ,
pH=1 aynı asidin desimolar yani 0,1 M’lık çözeltisine, pH = 2 ise yine aynı asidin santimolar
yani 0,01 M çözeltisine karşı gelir; pH = 7 nötr sulu çözeltiye, pH = 13 ise bir değerlikli (yani
suda iyonlaştığında bir OH- veren) kuvvetli bir bazın desimolar yani 0,1 M çözeltisine; pH =
14 te bir değerlikli kuvvetli bazın 1 M’lık çözeltisine karşı gelir.
pH ölçeği, kuvvetli asit ve bazların seyreltik çözeltileri ile zayıf asit ve baz çözeltilerinin
konsantrasyonunu ifade etmede “basitlik” sağlar. Çünkü bu durumlarda H+ konsantrasyonu
genellikle 1'den küçük olup logaritmasının eksi (-) işareti alındığında pozitif ve basit bir sayı
ele geçer. Yoksa örneğin, molaritesi 2 olan bir değerlikli kuvvetli bir asidik çözeltinin pH
değeri negatif olur ki, bu şaşırtıcı olur. Yani 1 M’dan daha konsantre kuvvetli asit ve baz
çözeltileri için pH veya pOH kullanımı anlamlı değildir.
Normal bir suyun pH'sı 4 ile 9 arasında değişir. Suların arıtılmasında pH'nın büyük önemi
vardır.
pH'nın ölçülmesi
Çözeltilerin pH'ları hakkında bir fikir edinmek için, H+ konsantrasyonuna karşı hassas olan
boyar maddeler kullanılır. Böyle maddelere indikatör adı verilir. Bu maddelerden çeşitli
şekillerde örneğin kağıt şeritlere emdirilip kurutulmuş şekliyle faydalanılır. Bunlardan
turnusol kağıdı çözeltiye daldırıldığında kırmızı renk alıyorsa çözeltinin asidik, mavi renk
alıyorsa bazik olduğu anlaşılır. Metil oranj kuvvetli asitlerle temasta kırmızı renk alır. Fenol
ftalein ise asidik çözeltide renksiz olup, pH'sı 8-10 arası olan bazik çözeltide pembe renk alır.
Artık günümüzde yine indikatörlerin kullanımı ile hazırlanmış farklı pH’larda farklı renkler
alan pH kağıtları (şeritleri) vardır. Böyle bir kağıt şerit sulu asit veya baz çözeltisine
daldırıldığında; aldığı rengin kağıtla birlikte verilmiş olan “Renk- pH Skalası” ile
karşılaştırılmasından 1 birim hassasiyetle çözeltinin pH’sını saptamak mümkün
olabilmektedir.
pH ölçümleri, pH metrelerle daha hassas ve pratik olarak yapılmaktadır. pH metre ilk defa
Danimarkalı Sörensan tarafından yapılmıştır. Bunlar aslında; özel bir elektrot sistemi (cam
elektrot- kalomel elektrot) ile cam elektrot ve çözelti arasındaki H+ konsantrasyon farkından
kaynaklanan potansiyel farkını ölçmeye dayanan aletlerdir. Bu fark H+ konsantrasyonuna
bağlı olduğundan, aynı zamanda çözeltinin pH'sı da ölçülmüş olmaktadır.
Günümüzde en çok kullanılan ölçü araçları cam elektrotlu olanlardır. Bunlar, içinde platin tel
bulunan ince camdan yapılmışlardır. pH'sı zamanla değişmeyen bir asidik çözelti ihtiva
ederler.
APARAT VE MALZEMELER
100 ml’lik beher, 50 ml’lik büret, 250 ml’lik erlenmayer, destile su, puar, çeşitli
konsantasyonlarda seyreltik sulu asit ve baz çözeltileri, pH kağıdı, pH-metre.
DENEYİN YAPILIŞI
Deney sorumlusundan pH kağıdı ve pH-metre kullanımları ile ilgili bilgileri alıp öğrendikten
sonra;
1) Günlük hayatımızdaki bazı içeceklerin (kola, sirke, limon suyu, meyva suyu, ayran, çay,
süt vb.) pH’larını;
a. pH kağıdı kullanarak,
b. pH-metre kullanarak saptayınız.
2) Size verilen konsantrasyonları ve cinsi bilinen çeşitli seyreltik
çözeltilerinin pH’larını;
a. pH kağıdı kullanarak,
b. pH-metre kullanarak saptayınız.
asit ve baz sulu
3) Asit ve bazın kaç değerlikli olduğunu deney sorumlusundan öğreneceğiniz seyreltik bir asit
çözeltisinin bir de baz çözeltisinin pH’larını pH-metre ile ölçünüz. (Deney sonunda asit ve
baz çözeltilerinin konsantrasyonlarını deney sorumlusundan öğrenip not ediniz.)
RAPOR İÇİN İSTENENLER
Raporunuzun ilgili bölümlerinde aşağıdaki soruları cevaplayınız.
1) Deneyin 1. Kısmı’nda çeşitli içecekler için saptadığınız pH değerlerini bir Çizelge
halinde veriniz. Bulduğunuz pH değerleri sizce anlamlı mıdır, niçin?
2) Deneyin 2. Kısmı için;
a- Aynı sulu çözelti için; pH kağıdı ve pH-metre ile saptadığınız pH değerlerini
hazırlayacağınız bir Çizelge’de karşılaştırınız, farklı iseler nedenini tartışınız, bu durumda
hangisini daha doğru değer olarak alırsınız, neden?
b-Her sulu çözelti için; doğru olarak aldığınız pH değerini; konsantrasyonu bilinen
çözeltinin hesapla bulacağınız pH değeri ile karşılaştırıp sonucu tartışınız.
3) Deneyin 2. Kısmı ile ilgili olarak; saptadığınız pH değerini kullanarak seyreltik asit ve
baz çözeltisinin konsantrasyonlarını gerekli eşitlik ve bağıntıları yazarak hesaplayınız.
Bulduğunuz konsantrasyon değerlerini deney sorumlusundan aldığınız değerlerle
karşılaştırıp sonucu tartışınız.
Download

Deney 5 - pH Skalası ve pH Olcumleri