GENEL KİMYA
ÜNİTE 8: SULU ÇÖZELTİ TEPKİMELERİ
Dersin Öğretim Üyesi:
Yrd. Doç. Dr. Amaç Fatih TUYUN
E-mail:
[email protected]
KAPSAM
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.
8.6.
8.7.
Sulu Çözeltilerin Doğası
Çökelme Reaksiyonları
Asit-Baz Reaksiyonları
Yükseltgenme-İndirgenme: Bazı Genel İlkeler
Yükseltgenme-İndirgenme Tepkimelerinin
Denkleştirilmesi
Yükseltgenler-İndirgenler
Sulu Çözeltilerin Stokiyometrisi: Titrasyon
8.1. SULU ÇÖZELTİLERİN DOĞASI
Su çözeltileri üç bakımdan önemlidir:
 Su hem çok ucuzdur, hem de pek çok bileşiği kolayca
çözer.
 Suda çözünen bileşiklerin çoğu iyonlarına ayrılır ve
iyonlar kimyasal tepkimelerde rol alır.
 Sulu çözeltiler deniz suyundan canlı sistemlere kadar
her yerdedir.
 Su molekülleri sıvı su
ortamında sıkışık düzen
içindedir.
 Suda çözünen oksijen
molekülleri
birbirinden
uzakta ve su molekülleri
tarafından
ayrı
tutulmaktadır.
ELEKTROLİTLER
 Elektron alınması veya elektron verilmesi
ile ortaya çıkan negatif ve pozitif yüklü
atom veya atom gruplarına “iyon” denir.
 Elektrik yükünü elektronlar vasıtası ile
ileten metallerin aksine, iletken sulu
çözeltiler elektrik yükünü iyonlar vasıtası
ile iletirler.
 Saf su, çok az iyon içerdiğinden çok az
elektriği iletir.
 Bazı çözünenler su içinde iyonlarına
ayrışırlar ve sulu çözeltiyi iletken hale
getirirler.
Bu
çözünen
maddelere
“elektrolit” denir.
 Lamba yanmaz çünkü
iyon
yoktur.
Elektrolit
olmayan
bir
bileşik
iyonlaşmaz ve elektriği
iletmez.
 Lamba parlak ışık verir.
Sulu çözeltideki iyonların
derişimi fazladır. Kuvvetli
elektrolit olan bileşikler
sulu
çözeltilerde
tamamen iyonlaşırlar ve
elektriği iyi iletirler.
 Lamba soluk ışık verir.
Çözeltideki iyon derişimi
düşüktür. Zayıf elektrolit
sulu çözeltide kısmen
iyonlaşır ve elektriği iyi
iletmez.
“Hemen
hemen
bütün
çözünebilen iyonik bileşikler ve
az sayıda molekül yapısındaki
bileşik kuvvetli elektrolittir.”
ELEKTROLİT TİPLERİ
 Güçlü elektrolit tamamen suda iyonlarına ayrılır.
Dolayısıyla iyi iletkendirler.
 Zayıf elektrolit ise suda kısmen iyonlarına ayrılır.
Elektrik iletkenliği azdır.
 Elektrolit olmayan ise suda iyonlaşmayan çeşididir.
Elektrik iletkenliği yok denecek kadar azdır veya
yoktur.
Güçlü Elektrolit:
MgCl 2 (s)
→ Mg 2+(aq) + 2 Cl -(aq)
Zayıf Elektrolit:
→ CH3CO2-(aq) + H+(aq)
CH3CO2H(aq) ←
Non-elektrolit:
CH3OH(aq)
KONSANTRASYON HESABI
MgCl2(s) → Mg2+(aq) + 2 Cl-(aq)
0.0050 M MgCl2:
Stokiyometri önemli.
[Mg2+] = 0.0050 M
[Cl-] = 0.0100 M
ÖRNEK
0,0165 M Al2(SO4)3‘daki alüminyum ve sülfat iyonlarının
konsantrasyonunu hesaplayınız?
Denkleştirilmiş Denklem:
Al2(SO4)3 (s) → 2 Al3+(aq) + 3 SO42-(aq)
Alüminyum’un Konsantrasyonu:
0,0165 mol Al2(SO4)3
2 mol Al3+
[Al] =
×
1L
1 mol Al2(SO4)3
= 0,0330 M Al3+
Sülfat’ın Konsantrasyonu:
[SO4
2-]
0,0165 mol Al2(SO4)3
3 mol SO42=
×
= 0,0495 M SO421L
1 mol Al2(SO4)3
8.2. ÇÖKELME TEPKİMELERİ
 NaCl gibi bazı metal tuzları çok iyi çözünürken, AgCl
gibi diğer bazı metal tuzları çok az çözünür. Hatta
AgCl’un suda hiç çözünmediğini söyleyebiliriz.
 Bir çökelme tepkimesinde belirli katyon ve anyonlar
birleşerek, çökelek denen ve çözünmeyen iyonik bir
katı verirler.
Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s)
NET İYONİK BİLEŞİKLER
Toplam Çökelme Reaksiyonu:
AgNO3(aq) +NaI (aq) → AgI(s) + NaNO3(aq)
İyonik Denklem:
Gözlemci iyonlar
Ag+(aq) + NO3-(aq) + Na+(aq) + I-(aq) →
AgI(s) + Na+(aq) + NO3-(aq)
Net iyonik denklem:
Ag+(aq) + I-(aq) → AgI(s)
Reaksiyonları düşünürken, iki olasılık vardır.
 Ya bazı anyon ve katyonlar birleşerek suda
çözünmeyen bir katı verecektir.
 Ya da böyle bir birleşme mümkün olmayacak ve
çökelek olmayacaktır.
Deney yapmadan bunları
bilgilere ihtiyaç duyarız.
öngörebilmek
için
bazı
ÇÖZÜNÜRLÜK KURALLARI
Çözünen bileşikler:
– Alkali metallerin bileşikleri ve amonyum iyonu
Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+
NH4+
– Nitratlar, perkloratlar ve asetatlar
NO3-
ClO4-
CH3CO2-
ÇÖZÜNÜRLÜK KURALLARI
 Büyük oranda çözünen bileşikler:
– Klorürler, bromürler ve iyodürler
Cl-, Br-, I-
• Pb2+, Ag+ ve Hg22+ hariç
– Suülfatlar
• Sr2+, Ba2+, Pb2+ ve Hg22+ hariç
• Ca(SO4) ise az çözünür.
SO42-
ÇÖZÜNÜRLÜK KURALLARI
• Büyük oranda çözünmeyen bileşikler:
– Hidroksitler ve sülfürler
HO-, S2-
• 1A grubu metallerinin ve amonyum hidroksitleri çözünür
• 2A grubu metallerinin sülfürleri çözünür
• Sr2+, Ba2+ ve Ca2+ hidroksitleri az çözünür
– Karbonatlar ve fosfatlar
CO32-, PO43-
• 1A grubu metallerinin amonyum fosfatları ve karbonatları
çözünür
8.3. ASİT-BAZ REAKSİYONLARI
 Latin acidus (ekşi)
 Ekşi tatlıdır
 Arapça al-qali
 Acı tatlıdır
 1884’de Svante Arrhenius tarafından ileri sürülen asit -baz
tanımı pek çok uygulamada yer bulmuştur.
ASİTLER
 Ekşi tatta, bazı metalleri ve karbonat minerallerini
çözebilen ve asit-baz indikatörleri denen maddelerle renk
değişimi sağlayan kimyasal maddedir.
 Asit, sulu çözeltilerinde hidrojen iyonu verebilen bileşiktir.
 Güçlü asitler:
HCl(aq)
→
H+(aq) + Cl-(aq)
 Zayıf asitler: Asetik asidin iyonlaşması tam olamaz ve
tersinirdir. Dolayısıyla zayıf elektrolittir. Sulu çözeltilerinde
tam olarak iyonlaşamayan asitlere “zayıf asit” denir.
CH3CO2H(aq)
←
→
H+(aq) + CH3CO2-(aq)
BAZLAR
 Acı tatta, kayganlık duygusu veren ve asit-baz indikatörlerinin
rengini değiştiren bileşiklerdir. Sulu çözeltide hidroksil iyonu
veren maddeye “baz” denir.
 Kuvvetli bazlar:
NaOH(aq)
→ Na+(aq) + OH-(aq)
H2O
 Zayıf bazlar: Sulu çözeltide tamamen iyonlaşamayan bazlara
denir. Suda çözünerek değil de su ile tepkimeye girerek
hidroksil iyonu veren bileşikler de vardır.
NH3(aq) + H2O(l)
←
→
OH-(aq) + NH4+(aq)
NÖTÜRLEŞME
 Belki de asit ve bazların en anlamlı özelliği birbirini
ortadan kaldırmaları yani nötürleşmesidir.
 Bu tepkimede asit ve baz reaksiyona girer.
 Su ve iyonik bir bileşik olan tuzun sulu çözeltisini
meydana getirir.
Acid + Base
Salt + H2O
ASİT VE BAZLARIN ALGILANMASI
 Asit bünyelerinde iyonlaşabilen hidrojen atomları içerirler.
Peki asetik asitteki diğer 3 hidrojen iyonlaşır mı? Peki ya
metan?
CH 3 CO 2 H ya da HC 2 H 3 O 2
CH 4
 Formülünde
metale
bağlı
hidroksil
bileşiklerin baz olması büyük olasılıktır.
iyonları
bulunan
KOH
Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(l)→ HCO 3 -(aq) + 2 Na + (aq) + OH -(aq)
BAŞKA ASİT-BAZ TEPKİMELERİ
 Mg(OH) 2 bazdır. Ancak suda çok az çözünür. Sudaki
süspansiyonuna “magnezya sütü” denir. Bu süt çok az
iyonlaşmıştır.
 Ortama asit eklenirse, eklenen asit Mg(OH) 2 ‘den sulu
çözeltiye geçen OH ile nötürleşerek su oluşur. Ortamdaki
serbest
OH
iyonları
azaldığı
için
yeniden
Mg(OH) 2
çözünecektir.
Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) → Mg2+(aq) + 2 H2O(l)
Mg(OH)2(s) + 2CH3CO2H(aq) → Mg2+(aq) + 2CH3CO2-(aq) + 2H2O(l)
BAŞKA ASİT-BAZ TEPKİMELERİ
 CaCO 3 (kireçtaşı ve mermer) suda çözünmez ancak kuvvetli ve
zayıf asitlerde çözünebilir.
 Düşük derişimlerde karbonat iyonunu
katyonu ile zayıf asit karbonik asidi verir.
verir
ve
hidrojen
CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + H2CO3(aq)
Ama: H2CO3(aq) → H2O(l) + CO2(g)
CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)
KİREÇTAŞI
8.4.YÜKSELTGENME-İNDİRGENME: BAZI
GENEL İLKELER
 Hematit’den demir metali yüksek fırınlarda elde edilir. CO
hematit’ten oksijen alarak CO 2 dönüşmüş.
D
Fe2O3(s) + 3 CO(g) →
2 Fe(l) + 3 CO2(g)
 Yükseltgenme ve indirgenme
tepkimelere denmektedir.
mutlaka
birlikte
olur.
Bu
Fe3+ is metalik demire indirgenmiş.
CO(g) CO2’e yükseltgenmiş.
 Genellikle, bileşiklerin oksijen atomları yitirdiği tepkimelere
“indirgenme” adı verilir.
YÜKSELTGENME BASAMAĞI DEĞİŞMELERİ
3+ 2-
2+ 2-
D
0
4+ 2-
Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g)
Fe3+ is metalik demire indirgenmiş.
CO(g) CO2’e yükseltgenmiş.
YÜKSELTGENME VE İNDİRGENME
 Yükseltgenme
 Bazı elementlerin yükseltgenme basamağının artmasıdır.
 Yitirilen elektronlar eşitliğin sağ tarafında yazılır.
 İndirgenme
 Bazı elementlerin yükseltgenme basamağının azalmasıdır.
 Kazanılan elektronlar eşitliğin sol tarafında yazılır.
BAKIR SÜLFAT ÇÖZELTİSİ VE ÇİNKO
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
YARI TEPKİMELER
Yükseltgenme:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-
İndirgenme:
Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)
Toplam:
Cu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq)
 Tepkime aynı zamanda oluşan iki yarı-tepkime şeklindedir.
Net tepkime bu iki yarı tepkimenin toplanmasıdır.
Örnek
Asidik or tam
SO32-(aq) + MnO4-(aq) → SO42-(aq) + Mn2+(aq)
Örnek
Yükseltgenme basamakları bulunur:
4+
6+
7+
2+
SO32-(aq) + MnO4-(aq) → SO42-(aq) + Mn2+(aq)
Yarı-tepkimeler yazılır:
SO32-(aq) → SO42-(aq) + 2 e-(aq)
5 e-(aq) +MnO4-(aq) → Mn2+(aq)
H ve O atomları dışındaki her bir atom denkleştirilir.
Örnek
O atomları tepkimeye H2O eklenerek denkleştirilir.
H2O(l) + SO32-(aq) → SO42-(aq) + 2 e-(aq)
5 e-(aq) +MnO4-(aq) → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
Hidrojen atomları tepkimeye H+ eklenerek denkleştirilir.
H2O(l) + SO32-(aq) → SO42-(aq) + 2 e-(aq) + 2 H+(aq)
8 H+(aq) + 5 e-(aq) +MnO4-(aq) → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
Örnek
Yarı tepkimeler alt alta yazılır.
5 H2O(l) + 5 SO32-(aq) → 5 SO42-(aq) + 10 e-(aq) + 10 H+(aq)
16 H+(aq) + 10 e-(aq) + 2 MnO4-(aq) → 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l)
Her iki yarı tepkime toplanır ve sadeleştirilir.
5 SO32-(aq) + 2 MnO4-(aq) + 6H+(aq) →
5 SO42-(aq) + 2 Mn2+(aq) + 3 H2O(l)
Denklemin toplam yükü kontrol edilir.
ASİDİK ORTAMDA DENKLEŞTİRME
 Yarı tepkimelerin denklemleri yazılır.
 H ve O dışındaki bütün atomlar denkleştirilir.
 O için su eklenir.
 H için H + eklenir.
 Yük denkliği sağlanır.
 Her iki yarı tepkimedeki elektronlar sadeleştirilir.
 Yarı tepkimeler toplanır.
 Kontrol edilir.
BAZİK ORTAMDA DENKLEŞTİRME
 Yarı tepkimelerin denklemleri yazılır.
 H ve O dışındaki bütün atomlar denkleştirilir.
 O için su eklenir.
 H için OH - eklenir.
 Yük denkliği sağlanır.
 Her iki yarı tepkimedeki elektronlar sadeleştirilir.
 Yarı tepkimeler toplanır.
 Kontrol edilir.
8.6. YÜKSELTGENLER VE İNDİRGENLER
 Yükseltgen:
 Bir redoks tepkimesinde başka bileşiği yükseltgeyen bileşiğe
“yükseltgen” denir.
 Yükseltgenin kendisi indirgenir.
 Redoks tepkimesinde yükseltgenme basamağı azalan bir
element içerir.
 Elektron kazanır (elektronlar eşitliğin solunda bulunur).
8.6. YÜKSELTGENLER VE İNDİRGENLER
 İndirgen:
 Bir redoks tepkimesinde başka bileşiği indirgeyen bileşiğe
“indirgen” denir.
 İndirgenin kendisi yükseltgenir.
 Redoks tepkimesinde yükseltgenme basamağı artan bir
element içerir.
 Elektron yitirir (elektronlar eşitliğin sağında bulunur).
REDOKS
Örnek
H2O2(aq) + 2 Fe2+(aq) + 2 H+ → 2 H2O(l) + 2 Fe3+(aq)
Demir (indirgen) yükseltgenmiştir
Peroksit (yükseltgen) indirgenmiştir.
5 H2O2(aq) + 2 MnO4-(aq) + 6 H+ →
8 H2O(l) + 2 Mn2+(aq) + 5 O2(g)
Mangan indirgenmiş
Peroksit yükseltgenmiş
8.7. SULU TEPKİMELERİN
STOKİYOMETRİSİ: TİTRASYON
 Bir tepkimenin amacı bir ürünü en yüksek verimle elde
etmekse, tepkimelerden biri (pahalı olan) sınırlayıcı reaktan
olarak seçilir ve diğerinin aşırısı kullanılır.
 Bir çözeltinin derişiminin tayin edilmesi gerektiği durumlarda
ise bizi tepkime ürünleri değil, tepkenler arasındaki ilişki
ilgilendirir. Bu yüzden tepkime, tepkenlerin stokiyometrik
bakımdan eşit miktarları ile yürütülür ve ortamda hiç birinin
fazlası kalmaz.
 Çözeltinin derişiminin tayini için en çok kullanılan yöntem
titrasyondur.
8.7. SULU TEPKİMELERİN
STOKİYOMETRİSİ: TİTRASYON
 Titrasyon
 Bir çözeltinin diğerine dikkatli ve kontrollü
eklenmesi ile oluşturulan tepkimeye denir.
bir
şekilde
 Eşdeğerlik noktası
 Titrasyonu, her iki reaktanın tükendiği noktada durulması
gerekir. Bu noktaya denir.
 İndikatörler
 Bir titrasyonda eşdeğerlik noktasına ulaşıldığını gösteren
yollara ihtiyaç vardır. Eşdeğerlik noktasında ya da buna çok
yakın noktada renk değiştiren bir maddeden ortama çok az
miktarda eklemektir. Böyle maddelere denir.
TİTRASYON
Download

çözeltiler - SercanUzumcu.com