pH sezgisi ve nötralleşme

Bir bahçıvan, ortancalarının çiçek renginin toprağa göre değiştiğini fark ediyor; komşusunun bahçesinde aynı bitki farklı bir renkte açıyor. Ziraat danışmanı toprağı ölçüp tek bir sayı söylüyor: "Toprağınızın pH'ı 5." Komşunun toprağı ise 7'nin biraz üstünde. Bu tek sayı, iki toprağın kimyası hakkında bir sayfa açıklamadan daha çok şey anlatıyor. Bir önceki derste göstergelerin renk değiştirerek ortamın karakterini ele verdiğini gördük. Gösterge "asidik" der, ama "ne kadar" demez. Bu ders, asitliğin derecesini tek bir sayıyla ifade eden pH ölçeğini sezgisel olarak ve asit ile bazın birbirinin etkisini ortadan kaldırdığı nötralleşme tepkimesini öğretiyor.

• pH ölçeğinde asidik, nötr ve bazik bölgeleri tanır, bir pH biriminin on katlık fark olduğunu kullanırsın.
• Gündelik maddeleri yaklaşık pH değerlerine göre sıralarsın.
• Nötralleşme denklemini yazar, ürünlerin tuz ve su olduğunu açıklarsın.
• Hidrojen ve hidroksit iyonlarının mol sayılarını karşılaştırarak tam nötralleşmeyi ve artan iyonu bulursun.

pH ölçeği

Bir çözeltideki hidronyum iyonu derişimi çok geniş bir aralıkta değişebilir; derişik bir asitte çok yüksek, derişik bir bazda son derece düşüktür. Bu sayıları doğrudan yazmak yerine kimyacılar onları tek basamaklı ya da iki basamaklı bir ölçeğe sıkıştırır. Bu ölçeğe pH denir. Oda sıcaklığında (25 °C) sulu çözeltilerin pH değeri çoğunlukla 0 ile 14 arasındadır. Çok derişik asit ve baz çözeltilerinde değer bu aralığın biraz dışına çıkabilir; ama gündelik hayatta ve sınav sorularında 0–14 aralığı kullanılır.

• pH = 7: Hidronyum ve hidroksit derişimleri eşittir; çözelti nötrdür. Saf su buna örnektir.
• pH < 7: Hidronyum iyonu baskındır; çözelti asidiktir. pH küçüldükçe asitlik artar.
• pH > 7: Hidroksit iyonu baskındır; çözelti baziktir. pH büyüdükçe bazlık artar.

Dikkat edilmesi gereken nokta yönün ters olmasıdır: pH küçüldükçe hidronyum iyonu derişimi artar.

Bir birim, on kat

pH ölçeği doğrusal değildir. pH'taki bir birimlik azalma, hidronyum iyonu derişiminin on katına çıkması demektir. pH'ı 3 olan bir çözeltide, pH'ı 4 olan bir çözeltidekinin on katı, pH'ı 5 olandakinin yüz katı hidronyum iyonu vardır. Bazik tarafta da aynı kural hidroksit iyonu için geçerlidir: pH'ı 12 olan bir çözeltinin hidroksit iyonu derişimi, pH'ı 9 olanınkinin bin katıdır. Bu yüzden pH'ı yalnızca iki birim farklı iki çözelti, asitlik bakımından birbirinden çok farklıdır.

Gündelik pH değerleri

Aşağıdaki değerler yaklaşıktır; aynı maddenin farklı örnekleri farklı sonuç verebilir.

Temiz yağmur suyunun bile hafif asidik olmasının nedeni, havadaki karbon dioksitin damlalarda çözünerek zayıf bir asit oluşturmasıdır. Kanın pH'ı ise çok dar bir aralıkta tutulur; vücut bu aralığı korumak için sürekli çalışır.

pH nasıl ölçülür

Pratikte pH, birçok göstergenin karışımı emdirilmiş pH kâğıdıyla ölçülür. Kâğıt çözeltiye batırılır ve aldığı renk, kutunun üzerindeki renk skalasıyla karşılaştırılır. Daha hassas ölçüm için çözeltiye daldırılan bir elektrotla çalışan pH metre kullanılır. Tek bir gösterge yalnız asit-baz ayrımı yaparken, pH kâğıdı yaklaşık bir sayı verir.

Seyreltme ve pH

Bir asit çözeltisine su eklendiğinde hidronyum iyonu derişimi azalır ve pH yükselir. Kuvvetli bir asit çözeltisi on kat seyreltilirse pH yaklaşık bir birim artar. pH'ı 2 olan bir kuvvetli asit çözeltisi on kat seyreltilince pH yaklaşık 3, yüz kat seyreltilince yaklaşık 4 olur. Ama seyreltme ne kadar sürerse sürsün asit çözeltisinin pH'ı 7'yi geçmez; su eklemek bir asidi baza dönüştürmez, yalnızca pH'ı 7'ye yaklaştırır. Aynı şekilde bir bazı seyreltmek pH'ı 7'ye doğru düşürür.

Nötralleşme

Asidik ve bazik çözeltiler karıştırıldığında asidin hidronyum iyonları ile bazın hidroksit iyonları birleşerek su oluşturur. Bu tepkimeye nötralleşme (nötrleşme) denir. Örneğin nitrik asit ile potasyum hidroksit şöyle tepkimeye girer: HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O. Asidin anyonu (NO₃⁻) ile bazın katyonu (K⁺) çözeltide kalır; çözücü buharlaştırılırsa bu iyonlar potasyum nitrat adlı tuzu oluşturur. Bütün nötralleşmelerin ortak çekirdeği aynıdır: H⁺ + OH⁻ → H₂O. Bu tepkime ısı açığa çıkarır.

Mol eşitliği

Bir asidin tam olarak nötralleşmesi için, asidin verdiği hidrojen iyonlarının mol sayısının, bazın verdiği hidroksit iyonlarının mol sayısına eşit olması gerekir. Hesap sırası hep aynıdır: önce her maddenin kaç mol iyon verdiği bulunur, sonra iki iyonun mol sayısı karşılaştırılır. Bir formül birimi kaç iyon verdiğine dikkat edilir. 0,1 mol sülfürik asit 0,2 mol hidrojen iyonu verir ve onu tam nötralleştirmek için 0,2 mol sodyum hidroksit gerekir: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O. 0,1 mol kalsiyum hidroksit ise 0,2 mol hidroksit verir ve 0,2 mol nitrik asitle tam nötralleşir.

Mol sayıları eşit değilse, sınırlayıcı bileşen dersinde gördüğümüz durum ortaya çıkar: azdaki iyon tükenir, fazladaki iyon artar. 0,3 mol hidroklorik asit ile 0,2 mol sodyum hidroksit karıştırılırsa 0,2 mol hidroksit tükenir, 0,1 mol hidrojen iyonu artar ve çözelti asidik kalır.

Nötralleşme her zaman pH 7 vermez

Kuvvetli bir asit kuvvetli bir bazla tam olarak nötralleştiğinde çözeltinin pH'ı yaklaşık 7 olur. Asitlerden ya da bazlardan biri zayıfsa tam nötralleşme noktasında pH 7'den biraz farklı olabilir; bunun nedeni AYT kimyasında ele alınır. TYT sorularında mol eşitliği ve artan iyonun türü belirleyicidir.

Nötralleşmenin kullanımları

Asidik topraklara tarımda kireç serpilir; bazik kireç topraktaki fazla asidi nötralleştirir ve pH'ı yükseltir. Fabrikaların asidik atık suları doğaya bırakılmadan önce bazik maddelerle nötralleştirilir. Laboratuvarda titrasyon denen yöntemde, içine gösterge damlatılmış bir asit çözeltisine damla damla baz eklenir; göstergenin renginin kalıcı olarak değiştiği an, nötralleşmenin tamamlandığı anı gösterir. Nötralleşmede oluşan ve asidin anyonu ile bazın katyonundan kurulan maddeler, sıradaki tuzlar dersinin konusudur.

Örnek 1 — On kat kuralı

Soru: pH'ı 2 olan bir çözeltinin hidronyum iyonu derişimi, pH'ı 5 olan bir çözeltininkinin kaç katıdır?

• A) Üç katı
• B) Otuz katı
• C) Yüz katı
• D) Bin katı
• E) On katı

Çözüm: Üç birimlik fark on çarpı on çarpı on, yani bin kattır. Cevap: D.

Örnek 2 — Tuz ve su

Soru: HNO₃ + KOH tepkimesinin ürünleri hangileridir?

• A) KNO₃ ve H₂O
• B) KH ve NO₃
• C) K₂O ve HNO₃
• D) KNO₂ ve H₂O₂
• E) K ve HNO₂

Çözüm: Asidin anyonu bazın katyonuyla tuzu, H⁺ ile OH⁻ suyu oluşturur. Cevap: A.

Örnek 3 — Mol eşitliği

Soru: 0,1 mol H₂SO₄ içeren bir çözeltiyi tam nötralleştirmek için kaç mol NaOH gerekir?

• A) 0,1 mol baz
• B) 0,05 mol baz
• C) 0,4 mol baz
• D) 0,3 mol baz
• E) 0,2 mol baz

Çözüm: Asit 0,2 mol H⁺ verir; bunu 0,2 mol OH⁻ karşılar. Cevap: E.

Örnek 4 — Artan iyon

Soru: 0,2 mol KOH içeren bir çözeltiye 0,1 mol HNO₃ ekleniyor. Son çözelti için hangisi doğrudur?

• A) Nötrdür.
• B) Bazik kalır; 0,1 mol hidroksit iyonu artar.
• C) Asidiktir.
• D) Hiç tuz oluşmaz.
• E) pH'ı 7'nin altına iner.

Çözüm: 0,1 mol H⁺ tükenir; 0,2 mol OH⁻'nin yarısı çözeltide kalır. Cevap: B.

• pH ile asitliği aynı yönde düşünmek. pH küçüldükçe asitlik artar.
• pH farkını doğrusal okumak. İki birim fark yüz katlık derişim farkıdır.
• Seyreltilen asidin bazik olabileceğini sanmak. Seyreltme pH'ı 7'ye yaklaştırır, geçirmez.
• Formül başına iyon sayısını unutmak. H₂SO₄ ve Ca(OH)₂ ikişer iyon verir.
• Her nötralleşmenin pH 7 verdiğini sanmak. Bu yalnız kuvvetli asit-kuvvetli baz çifti için geçerlidir.