pH, asitler ve bazlar
Asit–baz kimyası proton aktarımı ile kimyasal dengeyi birlikte ele alır. pH, hidronyum etkinliğinin logaritmik ölçüsüdür; pKₐ ise bir asidin ayrışma dengesinin konumunu gösterir. Bu ikisini ayırmak, “güçlü asit” ile “derişik asit” kavramlarının neden aynı olmadığını ve tamponların pH değişimini neden azalttığını ama tamamen engellemediğini açıklar.
Görsel model
Etkileşimli model
Brønsted asitleri ve bazları
Brønsted asidi proton verir, Brønsted bazı proton alır. HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻ denkleminde HA/A⁻ eşlenik asit–baz çiftidir. Güçlü asit seyreltik suda neredeyse tamamen iyonlaşır; zayıf asit denge kurar. “Güç” dengenin konumuyla ilgilidir, başlangıç derişimiyle değil. Su karşısındaki türe bağlı olarak asit veya baz davranabilir.
pH, pOH ve suyun otoiyonizasyonu
pH=−log a(H₃O⁺). 25 °C’de seyreltik çözeltilerde K_w≈1,0×10⁻¹⁴ ve pH+pOH≈14’tür. 0–14 aralığı temel bir sınır değildir; çok derişik çözeltilerde pH 0’ın altına veya 14’ün üstüne çıkabilir, ayrıca K_w sıcaklıkla değişir. pH bir logaritmik ölçek olduğundan bir pH birimi yaklaşık on kat hidronyum etkinliği farkına karşılık gelir.
Kₐ ve pKₐ asit kuvvetini nicelleştirir
HA için Kₐ=a(H₃O⁺)a(A⁻)/a(HA) ve pKₐ=−logKₐ’dır. Daha küçük pKₐ daha güçlü asit demektir. Proton aktarımında denge, aynı çözücü koşullarında genellikle daha zayıf asit ve daha zayıf bazın bulunduğu tarafı destekler. Çok protonlu asitlerin ardışık Kₐ değerleri vardır ve her ayrışma basamağı titrasyon eğrisinde ayrı bir tampon bölgesi oluşturabilir.
Tamponlar ve Henderson–Hasselbalch
İdeal HA/A⁻ tamponu için pH=pKₐ+log([A⁻]/[HA]). Denklem, her iki eşlenik tür de anlamlı miktarda bulunduğunda ve etkinlikler derişimlerle yaklaşık temsil edilebildiğinde en kullanışlıdır. [A⁻]=[HA] olduğunda pH=pKₐ. Tampon kapasitesi mutlak derişimlere de bağlıdır; çok seyreltik bir tampon aynı oranı taşısa bile eklenen güçlü asit veya bazı daha az miktarda karşılayabilir.
Titrasyon ve eşdeğerlik noktası
Eşdeğerlik noktası “pH=7” kuralıyla değil, stokiyometrik nötrleşmeyle belirlenir. Zayıf asit–güçlü baz titrasyonunda yarı eşdeğerlikte [A⁻]=[HA] ve pH=pKₐ olur. Eşdeğerlikte çoğunlukla eşlenik baz bulunduğundan çözelti genellikle baziktir. Titrasyon eğrisini yorumlarken önce stokiyometri, sonra asit–baz dengeleri ve son olarak seyreltme hesaba katılmalıdır.
Alıştırmalar
Bir pH birimi
pH 3 çözeltisindeki H₃O⁺ etkinliği pH 4 çözeltisine göre yaklaşık kaç kat büyüktür?
Çözüm: Yaklaşık 10 kat; pH onluk logaritmik ölçektir.
Tampon
pKₐ=4,76 ve [A⁻]/[HA]=10 ise Henderson–Hasselbalch pH kaç verir?
Çözüm: pH=4,76+log10=5,76.
Yarı eşdeğerlik
Basit zayıf asit–güçlü baz titrasyonunun yarı eşdeğerlik noktasında hangi ilişki vardır?
Çözüm: [A⁻]=[HA], logaritma terimi sıfır olur ve pH=pKₐ.