Tepkimeler ve pH - TYT Kimya

Güçlerini Birleştirmek

Bir antiasit tableti mide asidini azaltıyor, peki asit tamamen yok mu oluyor? Aynı anda çinko parçası aside atıldığında neden kabarcıklar oluşuyor?

Asit ve baz karşılaşınca ne değişir?

Asit-Baz Nötralleşme Tepkimesi ve Net İyon Denklemi Modeli $H^+<em>{(suda)} + OH^-</em>{(suda)} \rightarrow H_2O_{(s)}$ net iyon denklemi ile asit ve bazın birleşerek tuz ve su oluşturması şeması.

Daha önce öğrendiğin gibi $H^+$ iyonu asitliğin, $OH^-$ iyonu bazlığın temel göstergesidir. Bir asit ile baz karşılaştığında bu iki iyon birleşerek su oluşturur:

H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}

Bu olaya nötrleşme denir. Çözeltinin asitlik veya bazlık etkisi azalır. Tepkimenin diğer iyonları birleşerek tuzu oluşturur. Örneğin hidroklorik asit ile sodyum hidroksit tepkimesinde sodyum klorür ve su oluşur:

HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}

Gözle görülür sonuç, çözeltinin ısınabilmesidir. Tanecik düzeyinde $H^+$ ve $OH^-$ iyonları su moleküllerine dönüşür. Denklemde katsayıların amacı, tepkimeye giren ve oluşan iyon sayılarını eşitlemektir.

Etkileşimli

Asit-Baz Titrasyonu ve Nötralleşme Simülatörü

Asit baz nötrleşmesi

Tam ve kısmi nötrleşme

Tam nötrleşmede asitten gelen $H^+$ miktarı, bazdan gelen $OH^-$ miktarına eşittir. Bu durumda iki iyonun tamamı suya dönüşür.

Kısmi nötrleşmede iyonlardan biri artar. Hızlı kontrol için çözelti miktarlarını molariteyle çarp:

n = M \times V

Burada $V$ litre cinsinden alınır. Eşitlik sağlanıyorsa tam, sağlanmıyorsa kısmi nötrleşme vardır.

Kısmi nötrleşmeyi belirleme

Asit miktarını hesapla

n(H^+) = 0{,}10 \times 0{,}020 = 0{,}0020\ \mathrm{mol}

20 mL, 0,10 M HCl çözeltisi 0,0020 mol $H^+$ sağlar. Baz miktarını hesapla

n(OH^-) = 0{,}10 \times 0{,}010 = 0{,}0010\ \mathrm{mol}

10 mL, 0,10 M NaOH çözeltisi 0,0010 mol $OH^-$ sağlar. Artan iyonu bul

0{,}0020 - 0{,}0010 = 0{,}0010\ \mathrm{mol}\ H^+

Bazdaki tüm $OH^-$ iyonları harcanır, 0,0010 mol $H^+$ artar.

Uyarı

Dikkat Tam nötrleşme, çözeltilerin hacimlerinin eşit olması demek değildir. Önemli olan $H^+$ ve $OH^-$ miktarlarının eşitliğidir.

Metallerin asitlerle tepkimesi

Aktif metaller, bazı asitlerle tepkimeye girerek tuz ve hidrojen gazı oluşturur. Çinko hidroklorik aside atıldığında metal yüzeyinde kabarcık görülmesinin nedeni $H_2$ gazıdır:

Zn_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow ZnCl_{2(aq)} + H_{2(g)}

Çinko atomları elektron verir. Asitteki $H^+$ iyonları bu elektronları alarak $H_2$ gazına dönüşür. Gümüş ve altın gibi soy metaller ise bu tür seyreltik asitlerle genellikle tepkime vermez.

Uyarı

Güvenlik Asit içine metal atarak deney yapmak yalnızca öğretmen gözetiminde yapılmalıdır. Oluşan hidrojen gazı yanıcıdır ve kapalı ortamda birikebilir.

Bu nedenle “Her metal asitle kesinlikle tepkime verir” düşüncesi yanlıştır. Aktiflik, metalin elektron verme eğilimini belirler. Bir sonraki adımda hangi metalin daha dirençli olduğunu gözlemleyerek ürün tahminini keskinleştireceksin.

Nötrleşmede $H^+$ ve $OH^-$ iyonları birleşerek su oluşturur. Bu iyonların birleşmesi $H_2O$ oluşumunu sağlar ve asit baz etkisini azaltır.
20 mL 0,10 M HCl ile 20 mL 0,10 M NaOH karıştırılırsa ne gerçekleşir? Her iki çözeltide de 0,0020 mol iyon bulunur. $H^+$ ve $OH^-$ miktarları eşit olduğu için tam nötrleşme gerçekleşir.
Çinko, hidroklorik asitle tepkimeye girdiğinde oluşan gazın formülü ___. Çinko elektron verir, asitteki $H^+$ iyonları birleşerek yanıcı hidrojen gazı olan $H_2$ oluşturur.

Metallerin Direnci

Asitlerin sulu çözeltideki $H^+$ iyonları, hem bazların $OH^-$ iyonlarıyla hem de uygun metallerin elektronlarıyla etkileşebilir.

Metal ile asit tepkimesinde gaz oluşumu

Metallerin Asit ve Bazlarla Tepkimeleri Sistematik Şeması Aktif metaller ( $H_2$ gazı), Yarı soy metaller ( $SO_2$ , $NO_2$ , $NO$ gazları), Soy metaller (tepkime vermez) ve Amfoter metallerin ( $H_2$ gazı) reaktivite matrisi.

Çinko parçası hidroklorik aside atıldığında metalin yüzeyinde kabarcıklar görülür ve çinko zamanla küçülür. Kabarcıkların içindeki gaz $H_2$ ’dir. Çinko atomları elektron verir, çözeltideki $H^+$ iyonları bu elektronları alarak hidrojen gazına dönüşür.

Zn_{(k)} + 2HCl_{(suda)} \rightarrow ZnCl_{2(suda)} + H_{2(g)}

Bu olayda:

Çinko, elektron veren aktif metaldir.
Hidroklorik asit, $H^+$ iyonu sağlayan asittir.
Çinko klorür, çözeltide oluşan tuzdur.
Hidrojen gazı, gözlenen kabarcıkların nedenidir.…

Ürünleri Tahmin Et

Bir asidin bazla tepkimesinde önceki bilgini kullan: çözeltideki $H^+$ ve $OH^-$ iyonları birleşerek su oluşturur.

Tepkime türlerini ayırt etme

Aşağıdaki gözlemler, hangi ürünlerin oluşacağını seçmene yardım eder:

Gözlem veya başlangıç maddeleri	Tepkime türü	Beklenen ürünler
Asit çözeltisi ve baz çözeltisi	Nötrleşme	Tuz ve su
Aktif metal ve asit	Metal-asit tepkimesi	Tuz ve $H_2$ gazı
Soy metal ve hidroklorik asit gibi yükseltgen olmayan asit	Genellikle tepkime yok	Ürün oluşmaz
Asit ve bazın eşdeğer miktarları	Tam nötrleşme	$H^+$ ve $OH^-$ tamamen tükenir
Asit veya bazdan biri fazla	Kısmi nötrleşme	Artan iyon çözeltinin karakterini belirler

Tuz ve su oluşması, her asit-baz karşılaşmasında çözeltinin kesinlikle pH 7 olacağı anlamına gelmez. Güçlü asit ile güçlü baz uygun miktarlarda tepkimeye girerse nötrleşme tam gerçekleşir. Maddelerden biri fazla kalırsa çözelti asidik veya bazik olur.

Asit-baz tepkimesinde tanecik düzeyinde asidin verdiği $H^+$ , bazın sağladığı $OH^-$ ile birleşir. Geriye kalan iyonlar çözeltide tuzu oluşturur. Örneğin hidroklorik asit ve sodyum hidroksitte gözlenen sıcaklık artışı, iyonların yeniden düzenlenmesiyle ilişkilidir.

HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}

Burada $HCl$ ve $NaOH$ arasındaki katsayı oranı $1:1$ 'dir. Ancak sülfürik asit gibi bir molünde iki mol $H^+$ verebilen maddelerde oranı doğrudan formülden okumak gerekir.

Metal-asit ve nötrleşme arasındaki fark

Çinko hidroklorik aside atıldığında kabarcık oluşması, bazın tepkimeye girdiğini göstermez. Çinko elektron verir, çözeltideki $H^+$ iyonları elektron alarak hidrojen gazına dönüşür.

Zn_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow ZnCl_{2(aq)} + H_{2(g)}

Asit-baz nötrleşmesinde temel ürün su iken metal-asit tepkimesinde belirgin gaz ürünü $H_2$ olur. Bu ayrım, TYT sorularında ürün tahmini için güçlü bir ipucudur.

Bakır gibi soy metaller, hidroklorik asit ve seyreltik sülfürik asit gibi yükseltgen olmayan asitlerle genellikle tepkime vermez. Bu, soy metalin hiçbir asitle tepkimeye girmediği anlamına gelmez. Asidin türü ve derişimi değişirse davranış da değişebilir. TYT düzeyinde verilen asit aktif özellik göstermiyorsa ve metal soy ise “tepkime yok” seçeneğini mutlaka değerlendir.

Uyarı

Yaygın hata “Her metal asitle tepkimeye girer ve hidrojen çıkarır.” ifadesi doğru değildir. Aktiflik ve asidin özelliği birlikte değerlendirilir. Soy metal ile yükseltgen olmayan asit için çoğu durumda gaz çıkışı beklenmez.

Miktarları karşılaştırarak sonucu bulma

Nötrleşmede yalnızca çözelti hacimlerini karşılaştırmak yeterli değildir. Derişim ve asidin veya bazın verebildiği $H^+$ ya da $OH^-$ miktarı da hesaba katılır.

Kullanılan temel bağıntılar şunlardır:

Nötrleşmede iyon miktarı

n = C \times V

$n$ : Madde miktarı (mol)
$C$ : Derişim (mol/L)
$V$ : Çözelti hacmi (L)

Nötrleşme eşitliği

n_{H^+} = n_{OH^-}

$n_{H^+}$ : Hidrojen iyonu miktarı (mol)
$n_{OH^-}$ : Hidroksit iyonu miktarı (mol)

Sülfürik asit için bir mol $H_2SO_4$ , iki mol $H^+$ sağlayabilir. Bu nedenle iyon miktarı hesaplanırken:

n_{H^+} = 2n_{H_2SO_4}

Benzer biçimde kalsiyum hidroksit için:

n_{OH^-} = 2n_{Ca(OH)_2}

Kısmi nötrleşmede artan iyonu bulma

Asit miktarını hesapla

n_{H_2SO_4}=C \times V=0.20 \times 0.050=0.010\ \mathrm{mol}

50 mL hacim, hesaplamada 0,050 L olarak kullanılır ve sülfürik asidin mol miktarı bulunur. Hidrojen iyonu miktarını bul

n_{H^+}=2 \times 0.010=0.020\ \mathrm{mol}

Bir mol $H_2SO_4$ , iki mol $H^+$ sağlayabildiği için asit miktarı ikiyle çarpılır. Baz miktarını hesapla

n_{OH^-}=C \times V=0.20 \times 0.030=0.006\ \mathrm{mol}

30 mL $NaOH$ çözeltisi 0,006 mol $OH^-$ içerir. Artan iyonu belirle

n_{H^+,\ \text{kalan}}=0.020-0.006=0.014\ \mathrm{mol}

$OH^-$ iyonları tükendiği için $H^+$ iyonlarının 0,014 molü çözeltide kalır. Sonucu yorumla

V_{\text{toplam}}=0.050+0.030=0.080\ \mathrm{L}

Toplam hacim 0,080 L'dir ve çözeltide $H^+$ kaldığı için ortam asidiktir.

Bu örnekte nötrleşme tamamlanmamıştır. Çünkü bazın sağladığı $OH^-$ miktarı, asidin sağlayabildiği toplam $H^+$ miktarından küçüktür. Hacimlerin toplamı 80 mL olsa da sonuç nötr değildir.

İpucu

Hızlı kontrol Önce etkili iyon miktarlarını karşılaştır. $H^+$ fazlaysa çözelti asidik, $OH^-$ fazlaysa bazik, miktarlar eşitse tam nötrleşmiş kabul edilir.

Bir ürünü tahmin ederken şu sırayı uygula:

Başlangıç maddelerinin asit, baz veya metal olduğunu belirle.
Metal varsa metalin aktiflik durumunu değerlendir.
Asit ve baz varsa $H^+$ ile $OH^-$ miktarlarını karşılaştır.
Gaz çıkışı için metal-asit türünü kontrol et.
Artan iyonu bularak çözeltinin son karakterini yorumla.

Bu sıra, “tuz oluştu” bilgisini otomatik olarak “çözelti nötrdür” şeklinde yorumlama hatasını önler. Bir sonraki gaz sorularında özellikle oluşan gazın, metal-asit tepkimesindeki $H_2$ olup olmadığını bu ayrımla belirleyebilirsin.

Aktif bir metalin hidroklorik asitle tepkimesinde hidrojen gazı oluşabilir. Aktif metal elektron verir, asitteki $H^+$ iyonları bu elektronları alarak $H_2$ gazına dönüşebilir.
0,010 mol $H^+$ ile 0,006 mol $OH^-$ tepkimeye girerse çözeltide ne kalır? $OH^-$ tamamen tükenir, $0,010-0,006=0,004$ mol $H^+$ artar ve çözelti asidik kalır.
Bir mol $H_2SO_4$ tamamen iyonlaştığında nötrleşme için ___ mol $H^+$ sağlayabilir. $H_2SO_4$ formülünde iki iyonlaşabilir hidrojen bulunduğundan bir mol asit, iki mol $H^+$ sağlayabilir.

Hangi Gaz Çıkar?

Çözeltiye atılan maddenin kimliği, gaz çıkıp çıkmayacağını belirler. Daha önce kullandığın temel düşünceyi hatırla: asidin sulu çözeltisindeki $H^+$ iyonları, bazdaki $OH^-$ iyonlarıyla su oluşturabilir veya aktif metalden elektron alabilir.

Gaz oluşan ve oluşmayan tepkimeleri ayırma

Bir metal asitle karşılaştığında önce metalin etkinliğini değerlendir. Aktif metal, elektron vererek asidin $H^+$ iyonlarını $H_2$ gazına dönüştürebilir. Bu sırada metal çözünür ve çözeltide metalin tuzu oluşur.

Çinko ile hidroklorik asit tepkimesinde yüzeyde kabarcıklar görülür. Kabarcıkların nedeni, çinkonun verdiği elektronları $H^+$ iyonlarının alıp hidrojen molekülleri oluşturmasıdır.

Zn_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow ZnCl_{2(aq)} + H_{2(g)}

Burada gazı oluşturan madde hidroklorik asidin kendisi değil, elektron alan $H^+$ iyonlarıdır. Çinko ise $Zn^{2+}$ iyonuna dönüşerek tuzun içinde yer alır.

Buna karşılık bakır, gümüş ve altın gibi metaller seyreltik hidroklorik asitle genellikle tepkime vermez. Çünkü bu metaller, $H^+$ iyonlarına elektron verecek kadar etkin değildir. Bu durumda kabarcık gözlenmez ve hidrojen gazı beklenmez.

Uyarı

Dikkat “Her metal asitle tepkimeye girer ve hidrojen çıkarır.” düşüncesi yanlıştır. Aktiflik sırasındaki konum ve asidin türü dikkate alınmalıdır. Soy metallerin seyreltik, yükseltgen olmayan asitlerle tepkimesi beklenmez.

Görsel

Çinko ve hidroklorik asit

Tepkime türünü gözlemden belirleme

Bir deney sorusunda yalnızca maddelerin adlarına bakma. Gözlem, ürün tahmini için güçlü bir ipucudur.

Aktif metal ve asit birlikteyse metal çözünür, çoğunlukla $H_2$ gazı çıkar.
Asit ve baz birlikteyse $H^+$ ile $OH^-$ birleşir, su oluşur ve tuz çözeltide kalır.
Asit ile baz tepkimesinde hidrojen gazı beklenmez. Çünkü elektron alışverişi yapan bir metal yoktur.

Örneğin sodyum hidroksit ile hidroklorik asit karıştırıldığında çözelti ısınabilir. Tanecik düzeyinde $H^+$ ve $OH^-$ iyonları su moleküllerine dönüşür.

HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}

Bu tepkimede oluşan tuz $NaCl$ 'dir. Gaz çıkışı olmamasının nedeni, tepkimenin metal elektronlarıyla değil, iyonların birleşmesiyle gerçekleşmesidir.

Gaz miktarını tepkime oranıyla bulma

Bir aktif metalin fazla miktarda asitle tepkimesinde metal miktarı, oluşabilecek hidrojen gazını belirler. Denklemdeki oranı kullanarak önce metalin molünü, sonra hidrojenin molünü ve istenirse gaz hacmini bulabilirsin.

Zn_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow ZnCl_{2(aq)} + H_{2(g)}

Denklemde $Zn$ ile $H_2$ arasındaki mol oranı $1:1$ 'dir. Bu nedenle 0,10 mol çinko tamamen tepkimeye girerse 0,10 mol hidrojen oluşur. Normal koşullarda gazın molar hacmi 22,4 L/mol olduğundan hacim 2,24 L olur.

Görsel

Metallerin Asit ve Bazlarla Tepkimeleri ve Çıkan Gazlar

Nötrleşmeyi miktarla kontrol etme

Asit ve baz karıştırılırken yalnızca maddelerin miktarına değil, iyonların mol sayısına bakılır. Tek değerlikli güçlü asit ve bazlarda $H^+$ ile $OH^-$ miktarları eşitse tam nötrleşme gerçekleşir.

Örneğin 20 mL, 0,10 M $HCl$ ile 10 mL, 0,10 M $NaOH$ karıştırılsın.

n(H^+)=0{,}020\times0{,}10=0{,}0020\ \mathrm{mol}

n(OH^-)=0{,}010\times0{,}10=0{,}0010\ \mathrm{mol}

Bazın sağladığı $OH^-$ tamamen tükenir. Asitten gelen $H^+$ iyonlarının 0,0010 molü artar. Bu nedenle karışım tam nötr değildir, asidiktir ve gaz oluşması da beklenmez.

İpucu

Hızlı kontrol Metal varsa “aktif mi?” sorusunu sor ve olası gazı $H_2$ olarak değerlendir. Asit ile baz varsa $H^+$ ve $OH^-$ miktarlarını karşılaştır. Gaz arıyorsan, nötrleşme denkleminde gaz ürünü bulunmadığını hemen fark et.

Yeni durumda ürünleri tahmin et

Bir öğrenci magnezyumu asit yerine sodyum hidroksit çözeltisine atarsa hidrojen gazı beklememelidir. Çünkü bu durumda TYT düzeyinde kullanılan temel modelde asit çözeltisinin $H^+$ iyonları yoktur. Buna karşılık magnezyumun hidroklorik asitle tepkimesinde gaz çıkışı beklenir.

Mg_{(s)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow MgCl_{2(aq)} + H_{2(g)}

Bu denklemde hem gazın türünü hem de tuzun formülünü katsayı ve iyon yüklerinden çıkarırsın. Tepkimeyi tahmin ederken önce gözlenen olayı, sonra taneciklerin elektron alışverişini, en son dengelenmiş denklemi birlikte kontrol etmek en güvenilir yoldur.

Seyreltik hidroklorik asit, bakırla tepkimeye girdiğinde normal koşullarda hidrojen gazı çıkarır. Bakır soy bir metaldir ve seyreltik, yükseltgen olmayan hidroklorik asitten $H^+$ iyonlarını hidrojen gazına dönüştürecek elektronları vermez.
Çinko fazlalık hidroklorik asitle tepkimeye sokulursa hangi gaz oluşur? Çinko elektron verir, çözeltideki $H^+$ iyonları elektron alarak $H_2$ gazı oluşturur. Tepkimenin gaz ürünü hidrojen olur.
0,05 mol Mg fazla HCl ile tepkimeye girerse oluşan hidrojen miktarı ___ moldür. Denklemde $Mg$ ile $H_2$ katsayıları eşittir, bu yüzden mol oranı $1:1$ olur ve 0,05 mol Mg, 0,05 mol $H_2$ oluşturur.