Asit ve baz tanımları

Mutfak dolabını açın: bir şişe sirke, yarım limon, bir kutu karbonat, bir kalıp sabun. İlk ikisi ekşidir ve mermer tezgâha döküldüğünde iz bırakabilir; son ikisinin suda çözeltisi ele kaygan gelir. Bu iki grubu ayıran nedir? Eski kimyacılar bu soruyu yalnızca gözlemle yanıtlayabiliyordu: ekşi tat, bitki boyalarındaki renk değişimi, metallerle köpürme. Gözlem bir listeyi verir, ama nedeni vermez. Neden bu maddeler birbirine benzer davranıyor? Yanıt, suda çözündüklerinde oluşturdukları iyonlarda gizlidir. Önceki modülde karışımları ve çözeltileri tanıdık. Bu ders, bir çözeltiyi asidik ya da bazik yapan iyonları ve bir maddenin asit mi baz mı olduğuna formüle bakarak nasıl karar verileceğini öğretiyor.

• Arrhenius asit ve baz tanımlarını yazar, iyonlaşma denklemleriyle gösterirsin.
• Hidronyum iyonunun neden oluştuğunu açıklarsın.
• Formülünde H ya da OH bulunduğu halde asit ya da baz olmayan maddeleri ayırt edersin.
• Asidik, bazik ve nötr oksitleri, kuvvetli ve zayıf asit-bazları ayırt edersin.

Gözlemden tanıma

On yedinci yüzyılda Robert Boyle asitleri ve bazları gözlemle ayırdı: asitler bazı bitki özlerinin rengini değiştiriyor, bazlar bu değişimi geri alıyordu. On sekizinci yüzyılın sonunda Lavoisier, bildiği asitlerin çoğunda oksijen bulunduğu için asitliği oksijene bağladı; "oksijen" adı da "asit yapan" anlamına gelen Yunanca köklerden türetildi. Bu görüş, Humphry Davy'nin hidroklorik asitte oksijen bulunmadığını göstermesiyle sarsıldı. Asitliğin anahtarının oksijen değil hidrojen olduğu anlaşıldı. Asıl açıklama on dokuzuncu yüzyılın sonunda, maddelerin suda iyonlarına ayrıştığını ileri süren Svante Arrhenius'tan geldi.

Arrhenius asidi

Arrhenius'a göre asit, suda çözündüğünde hidrojen iyonu (H⁺) derişimini artıran maddedir. Hidroklorik asit suda HCl → H⁺ + Cl⁻ biçiminde, nitrik asit HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻ biçiminde iyonlaşır. Sülfürik asidin bir formül birimi tam iyonlaşma varsayımıyla iki hidrojen iyonu verir: H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻. Bütün asitlerin ortak davranışı, çözeltiye verdikleri bu ortak iyondan gelir.

Hidronyum iyonu

Hidrojen iyonu aslında çıplak bir protondur ve suda tek başına durmaz. Su molekülündeki oksijenin ortaklanmamış elektron çiftlerinden birine bağlanır ve hidronyum iyonu (H₃O⁺) oluşur: H⁺ + H₂O → H₃O⁺. Bu yüzden hidroklorik asidin iyonlaşması HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ olarak da yazılır. İki yazım aynı olayı anlatır; H⁺ yazmak kısaltmadır. Hidronyum iyonundaki üç hidrojen birbirinin aynısıdır; hangisinin sudan, hangisinin asitten geldiği ayırt edilemez.

Arrhenius bazı

Arrhenius'a göre baz, suda çözündüğünde hidroksit iyonu (OH⁻) derişimini artıran maddedir. Sodyum hidroksit NaOH → Na⁺ + OH⁻, potasyum hidroksit KOH → K⁺ + OH⁻ biçiminde ayrışır. Kalsiyum hidroksidin bir formül birimi iki hidroksit iyonu verir: Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻. Metal hidroksitleri iyonik bileşiklerdir; suda iyonlarına ayrıldıklarında hidroksit iyonunu doğrudan çözeltiye bırakırlar. Suda iyi çözünen bazlara alkali de denir; sodyum hidroksit ve potasyum hidroksit bu gruptandır.

Formül aldatabilir

Bir maddenin asit ya da baz olup olmadığına formüldeki harflere bakarak karar verilmez. Metanın (CH₄) formülünde dört hidrojen vardır, ama metan suda hidrojen iyonu vermez; asit değildir. Etil alkolün (C₂H₅OH) formülünde OH grubu bulunur, ama bu grup karbona kovalent bağla bağlıdır ve suda hidroksit iyonu olarak ayrılmaz; etil alkol baz değildir. Tersine, amonyağın (NH₃) formülünde hiç OH yoktur, ama amonyak suda bir proton alır ve çözeltide hidroksit iyonu oluşur: NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻. Bu nedenle amonyak bir baz olarak sınıflandırılır. Ölçüt her zaman aynıdır: madde suda hangi iyonun derişimini artırıyor?

Su da iyon içerir

Saf su da çok az da olsa iyonlaşır; her milyonlarca su molekülünden yalnız çok küçük bir kısmı hidronyum ve hidroksit iyonlarına dönüşür. Saf suda bu iki iyonun derişimi birbirine eşittir ve su nötrdür. Suya bir asit eklendiğinde hidronyum iyonu derişimi hidroksit iyonununkini aşar ve çözelti asidik olur. Bir baz eklendiğinde ise hidroksit iyonu baskın hale gelir ve çözelti bazik olur. Bir çözeltinin karakteri, bu iki iyondan hangisinin fazla olduğuna göre belirlenir; aradaki farkın sayıyla nasıl ifade edildiği ise pH konusudur.

Asitlik ve bazlığın suda ortaya çıktığını gösteren basit bir örnek hidrojen klorürdür. Kuru hidrojen klorür gazı, molekülleri iyonlaşmadığı için asidik davranış göstermez. Aynı gaz suda çözündüğünde hidronyum ve klorür iyonları oluşur ve tuz ruhu olarak bilinen kuvvetli asit ortaya çıkar.

Oksitler suda

Bazı oksitler suda doğrudan asit ya da baz oluşturur. Ametal oksitlerinin çoğu suyla tepkimeye girerek asit verir; bunlara asidik oksit denir. Karbon dioksit suda karbonik asit oluşturur: CO₂ + H₂O → H₂CO₃. Kükürt trioksit suyla sülfürik asit verir: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Aktif metallerin oksitleri ise suyla baz oluşturur; bunlara bazik oksit denir. Sönmemiş kireç olarak bilinen kalsiyum oksit suyla birleşince sönmüş kireç, yani kalsiyum hidroksit oluşur ve çözeltiye hidroksit iyonu geçer. Bazı oksitler ise suyla ne asit ne baz oluşturur; karbon monoksit (CO) ve azot monoksit (NO) bu nötr oksitlere örnektir.

Kuvvetli ve zayıf

Asit ve bazlar, suda ne ölçüde iyonlaştıklarına göre de ayrılır. Hidroklorik, nitrik ve sülfürik asit suda neredeyse tamamen iyonlaşır; bunlara kuvvetli asit denir. Sirkedeki asetik asit (CH₃COOH) ise zayıf bir asittir; çözeltideki moleküllerin yalnız küçük bir kısmı iyonlaşır, çoğu molekül halinde kalır. Bazlarda da durum benzerdir: sodyum hidroksit ve potasyum hidroksit kuvvetli, amonyak zayıf bazdır. Kuvvet, derişimle karıştırılmamalıdır. Kuvvet bir asidin moleküllerinin ne kadarının iyonlaştığını, derişim ise çözeltide ne kadar asit bulunduğunu söyler. Çok seyreltik bir hidroklorik asit çözeltisi yine kuvvetli bir asittir.

Tanımın sınırı

Arrhenius tanımı suda oluşan iyonlara dayandığı için yalnızca sulu çözeltilerde geçerlidir. Su bulunmayan ortamlarda gerçekleşen asit-baz olaylarını açıklamak için daha geniş tanımlar geliştirilmiştir; asidi proton veren, bazı proton alan madde olarak tanımlayan yaklaşım AYT kimyasında ele alınır. TYT soruları Arrhenius tanımına dayanır. Asidi ve bazı tanımlayan bu iki iyon, asitlerin ve bazların ortak özelliklerinin de kaynağıdır; sıradaki ders bu özellikleri tek tek ele alıyor.

Örnek 1 — Tanımı uygulamak

Soru: Aşağıdaki maddelerden hangisi suda çözündüğünde hidroksit iyonu derişimini artırır?

• A) HNO₃
• B) HCl
• C) CO₂
• D) KOH
• E) CH₄

Çözüm: Potasyum hidroksit suda potasyum ve hidroksit iyonlarına ayrışır. Cevap: D.

Örnek 2 — Formül tuzağı

Soru: Etil alkol (C₂H₅OH) için hangisi doğrudur?

• A) OH grubu taşıdığı için kuvvetli bir bazdır.
• B) Suda hidroksit iyonu vermediği için baz değildir.
• C) Suda hidrojen iyonu veren kuvvetli bir asittir.
• D) Bazik bir oksittir.
• E) Suda iyonlarına tamamen ayrışır.

Çözüm: Alkoldeki OH grubu karbona kovalent bağlıdır ve suda ayrılmaz. Cevap: B.

Örnek 3 — Oksit sınıflama

Soru: Sönmemiş kireç (CaO) suya atıldığında oluşan çözelti için hangisi doğrudur?

• A) Kalsiyum hidroksit oluşur ve çözelti baziktir.
• B) Karbonik asit oluşur.
• C) Hiçbir iyon oluşmaz.
• D) Hidronyum iyonu derişimi artar.
• E) Kalsiyum oksit nötr bir oksittir.

Çözüm: Su ile birleşen kalsiyum oksit kalsiyum hidroksite dönüşür ve çözeltiye hidroksit iyonu bırakır. Cevap: A.

Örnek 4 — Kuvvet ve derişim

Soru: Seyreltik hidroklorik asit ile derişik asetik asit çözeltileri için hangisi doğrudur?

• A) Hidroklorik asit seyreltik olduğu için zayıf asittir.
• B) Asetik asit derişik olduğu için kuvvetli asittir.
• C) İki asit de suda hiç iyonlaşmaz.
• D) İki kavram aynı anlama gelir.
• E) Hidroklorik asit kuvvetli, asetik asit zayıftır; derişim bu sınıflamayı değiştirmez.

Çözüm: Kuvvet iyonlaşma oranına, derişim ise çözünen miktarına bağlıdır. Cevap: E.

• Formülünde H olan her maddeyi asit sanmak. Metan suda hidrojen iyonu vermez.
• Formülünde OH olan her maddeyi baz sanmak. Alkollerde OH grubu iyonlaşmaz.
• Amonyağı OH içermediği için baz saymamak. Amonyak suda hidroksit iyonu oluşturur.
• Kuvvetli ile derişiği karıştırmak. Kuvvet iyonlaşma oranı, derişim miktardır.
• Arrhenius tanımını susuz ortamlara uygulamak. Tanım yalnız sulu çözeltilerde geçerlidir.