TAMPON ÇÖZELTİLER-2 Prof.Dr.Mustafa DEMİR 

Tampon çözelti:

Konjuge asit-baz çiftinin bulunduğu ve pH değişmelerine karşı direnç gösteren çözeltilere denir. Zayıf bir asit-kuvvetli bir baz veya zayıf bir baz kuvvetli bir asit titrasyonlarında (karışımlarında) konjuge asit/baz çifti içeren tampon çözelti oluşur.

Tampon çözeltilerin pH’larının hesaplanması

Zayıf asit / konjuge baz tamponları HAc / NaAc tamponları

Zayıf baz / konjuge asit tamponları NH 3 / NH 4 Cl tamponları

Tampon çözeltilerin özellikleri

Seyrelme nedeniyle pH değişimi

Kuvvetli asit (veya baz) eklendiğinde pH değişimi

Tampon çözeltilerin pH’ının hesaplanması

(Zayıf asit /konjuge baz tamponları)

HA +H 2 O ⇔H 3O+ +A − (1) [H 3 O+][A −] K = a [HA] A − +H 2 O ⇔HA +OH − (2) [OH −][HA] K Su K = = b − [A ] K a

Kütle : (1).için, [HA] =CHA − [H 3O+] − [OH −] 1.DENKLEMDEN 2.DENKLEMDEN GELEN GELEN

2.için, [A−] =C − [H O+] − [OH −] NaA 3 1.DENKLEMDEN 2.DENKLEMDEN GELEN GELEN

Yaklaştırma [HA] ≅CHA [A −] =CNaA

Çözüm [H 3 O+][A −] K = a [HA] + [HA] [H 3 O ] =Ka − [A ] C [H 3 O+] =Ka HA C NaA

C pH =−log Ka HA C NaA C pH =pKa +log NaA C HA ⇒Handerson Hasselbach Esitligi

İkinci Çözüm: Sistematik yaklaşımla çözüm HA +H O ⇔H O+ +A − 2 3 [H 3 O+][A −] K = a [HA] A − +H O ⇔HA +OH − 2 [OH −][HA] K Su K = = b − [A ] K a

Kütle CHA +CNaA =[HA] +[A −] (1) Yük [Na +] +[H 3 O+] =[A −] +[OH −] (2) [CNa +] =CNaA (3) CNaA +[H 3O+] =[A −] +[OH −] (4)

Örnek: 0,4 M formik asit ve 0,1 M sodyum formiyat içeren çözeltinin pH değeri nedir? HCOOH +H O ⇔H O+ +HCOO − 2 3 Baslang 0,4 0 1,0 0,4 – X X 1,0 + X [H 3 O+][HCOO −] −4 Ka = =1,8 ×10 [HCOOH ]

Yaklas .kontrol t i. [HCOO − +X ] ≅[HCOO −] =1,0 1,0 +7,2 ×10−5 ≅1,0 →Dogru ii.[HCOOH −X ] ≅[HCOOH ] =0,4 0,4 −7,2 ×10−5 ≅0,4 →Dogru

ZAYIF BAZ – KONJUGE ASİT TAMPONLARI

Örnek: 0,2 M NH ve 0,3 M NH Cl 3 2 karışımının pH değeri nedir?

NH + +H O ⇔NH +H O+ 4 2 3 3 −10 () →Ka =5,70 ×10 1 + − NH +H O ⇔NH +OH 3 2 4 1,0 ×10−14 → = −5 ( ) K b −10 =1,75 ×10 2 5,70 ×10

[NH 4 +] =CNH 4 Cl +[OH −] −[H 3 O+] ≅CNH 4 Cl −[OH −] [NH 3 ] =CNH +[H 3 O+] −[OH −] ≅CNH −[OH −] 3 3 [NH 4 +] ≅CNH 4 Cl =0,3 [NH 3 ] ≅CNH =0,2 3

[NH 3 ][H 3 O+] −10 (1) den →Ka = =5,7 ×10 [NH 4 +] + [NH 4 +] −10 0,3 −10 + [H 3 O ] =K a =5,7 ×10 ⋅ =8,55 ×10 =[H 3 O ] [NH 3 ] 0,2 pH =9,07

− 1,0 ×10−14 −5 − [OH ] = −10 =1,17×10 =[OH ] 8,55 ×10 Kabullerin kontrolü 0,3 +1,17×10−5 −8,55 ×10−10 ≅0,3 0,2 +8,55 ×10−10 −1,17×10−5 ≅0,2

TAMPON ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ

Tampon çözeltilerin pH’ları;

1. Seyrelme ile,

2. Kuvvetli asit (veya baz) eklenmesiyle, fazla değişmez.

HA için Ka = 1,0×10-4 CHA = CHCl = 1,0 M

ÖRNEK: 0,20 M NH ve 0,30 M NH Cl içeren bir 3 4 çözeltinin 400 ml’sine; a. 100 ml 0,05 M NaOH eklendiğinde, b. 100 ml 0,05 M HCl eklendiğinde, pH ne olur?, Ka= 5,7×10-10

Çözüm:

a) NH3 çözeltisine NaOH eklendiğinde NH + +OH − ⇔ NH +H O 4 3 2 z gereğince bir kısmı NH ’e dönüşür. 3 z 100 ml NaOH eklendiğinde ortamdaki toplam NH derişimi veNH Cl derişimi; 3 4

400 0,2 100 0,05 × + × CNH = =0,17M 3 400 +100 400 0,3 100 0,05 × − × CNH = =0,23M 3 400 +100

NH + iyonl. dengesi, 4 NH + +H O ⇔NH +H O+ 4 2 3 3 [NH 3 ][H 3 O+] −10 Ka = =5,7 ×10 [NH 4 +] + [NH 4 +] [H 3 O ] =K a [NH 3 ]

yukardaki değerler yerine konursa, + −10 0,230 [H 3 O ] =5,70 ×10 ⋅ 0,170 [H 3 O+] =7,71×10−10 pH =9,11 pH değişimi =∆pH =9,07 den 9,11′ e ∆pH =0,04

b) 100 ml HCl eklendiginde NH +H O+ ⇔NH + +H O 3 3 4 2 400 0,2 100 0,05 × − × CNH = =0,15M 3 400 +100 × + × 400 0,3 100 0,05 C + = =0,25 M NH 4 400 +100

+ + [NH 4 ] −10 0,250 [H 3 O ] =K a ⇒5,70 ×10 [NH 3 ] 0,150 [H 3 O+] =9,50 ×10−10 pH =9,02 ∆pH =9,07 −9,02 =0,05 ∆pH =0,05

Tampon Kapasitesi

Bir çözeltinin tampon kapasitesi bu çözeltinin 1,00 litresine eklendiğinde pH değerini 1,0 birim değiştiren kuvvetli asit veya kuvvetli bazın mol sayısı olarak tanımlanır.

Asitin derişiminin konjuge bazın derişimine oranı ‘1’ den büyük veya küçük değerlere gittikçe tampon kapasitesindeki düşme artar.

Kullanılabilir bir kapasiteye sahip bir tamponun pH’ı hazırlandığı asitin pKa değerinin ±1 kadar civarıdır.

Handerson-Hasselbach Eşitliği

[Tuz] Handerson-Hasselbach Eşitliği pH =pK a +log [Asit ] z Zayıf bir asit ve konjuge bazından oluşan karışım için. [A−] = +log pH pKa z Zayıf bir baz B ve onun konjuge [HA] asitinden oluşan tampon için. [B ] z (Burada pKa BH+ ’nın ayrışma pH =pK a +log + sabitidir) [BH ] Not: Hem asit hem baz şeklinde ‘pay’ da baz ( A – , B ), ‘payda’ da ise asit yer almaktadır.

Genel olarak [A −]γA − pH =pKa +log [HA]γHA

Örnek: NaOCl ağartıcı olarak pH=6,20 ye tamponlanmışolarak kullanılır. z Buradaki [OCl]/[HOCl] oranı nedir?

HOCl ⇔H + +OCl− [H +][OCl−] K a = ⇒pK a =7,53 [HOCl ] [OCl−] pH =pKa +log [HOCl ]

[OCl−] 6,20 =7,53 +log [HOCl ] [OCl−] log =−1,33 [HOCl ] [OCl−] log =0,047 [HOCl ]

Soru Tris →mw =121,136 Trishidroklorür mw → =157,597 z [B]=0,1026 M + z [BH ]=0,0296 M z pK =8,075 a

[B ] pH =pK a +log + [HB ] 0,1026 pH =8,075 +log 0,0296 pH =8,61

Not: Formülde çözelti hacmi yer almamaktadır. Çünkü hem pay hem de paydada yer aldığı için birbirini götürmektedir.

B nin molsayısı Çözelti hacmi pH =pK a +log BH ın mol sayısı Çözelti hacmi B’ mol sayısı pH =pK a +log BH + nın molsayısı

…