11. Sınıf pH Hesaplamaları, Nötralleşme ve Titrasyon — Konu Anlatımı

Büretteki Son Damla

Erlende 20 mL derişimi bilinmeyen hidroklorik asit ve birkaç damla fenolftalein var. Büretten 0,1 M sodyum hidroksit damlatılıyor. 39,9 mL'de çözelti hâlâ renksiz. Bir damla daha: 40,0 mL'de bütün erlen pembeye dönüyor ve çalkalayınca da kaybolmuyor.

Tek bir damla (yaklaşık 0,05 mL) nasıl bu kadar büyük bir değişiklik yapabiliyor? Cevap iki yerde: pH ölçeğinin logaritmik olmasında ve nötralleşmenin tam o noktada bitmesinde. Bu anlatım ikisini de sayılarla açar ve sonunda erlendeki asidin derişimini buluruz.

On Katlık Basamaklar

$\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H_3O^+}] \qquad \mathrm{pOH} = -\log[\mathrm{OH^-}] $

25 °C'de $\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14$ olur.

Hidronyum derişimi $10^{-3}$ mol/L ise pH 3'tür. pOH 5 ise pH 9'dur. Saf suda iki iyonun derişimi de $10^{-7}$ olduğu için pH 7'dir.

Her pH birimi 10 kat demektir. pH 4 ile pH 6 arasında 2 birim var ama hidronyum derişimi 100 kat farklı. pH'ı 2 olan bir HCl çözeltisi 100 kat seyreltilirse pH 4 olur, 3 değil.

Derişim 10'un tam kuvveti değilse logaritma devreye girer: $[\mathrm{H_3O^+}] = 2 \times 10^{-3}$ için $\mathrm{pH} = 3 - \log 2 = 3 - 0{,}30 = 2{,}70$. Sağlama kolay: derişim $10^{-3}$'ten büyük olduğuna göre pH 3'ten küçük çıkmalı.

Kuvvetli Asit ve Bazda Hesap

Kuvvetli asit ve baz suda tümüyle iyonlaşır, bu yüzden hesap doğrudandır:

• 0,01 M HCl: $[\mathrm{H_3O^+}] = 10^{-2}$, pH 2.
• 0,001 M NaOH: $[\mathrm{OH^-}] = 10^{-3}$, pOH 3, pH 11.
• 0,01 M NaOH: pOH 2, pH 12.
• 0,05 M $\mathrm{H_2SO_4}$ (iki protonun da verildiği kabul edilirse): $[\mathrm{H_3O^+}] = 0{,}1$, pH 1.

Son satır tuzaktır: formüldeki proton sayısı derişimi katlar. Aynı derişimdeki zayıf asit ise daha az hidronyum verir, pH'ı daha büyüktür; o hesabın yolu "Asit-Baz Dengesi" anlatımında.

Nötralleşme ve Mol Eşitliği

Asit ile baz karışınca hidronyum ile hidroksit birleşir:

$\mathrm{H_3O^+(suda)} + \mathrm{OH^-(suda)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(s)} \qquad \Delta H \approx -57 \text{ kJ}$

Ürünler tuz ve sudur, olay ekzotermiktir; derişik çözeltiler karışınca kap belirgin ısınır. Nötralleşmenin bittiği an, asidin verdiği $\mathrm{H^+}$ molü ile bazın verdiği $\mathrm{OH^-}$ molünün eşitlendiği andır:

$M_a \cdot V_a \cdot t_a = M_b \cdot V_b \cdot t_b$

Burada $t$, bir formülün verdiği $\mathrm{H^+}$ ya da $\mathrm{OH^-}$ sayısıdır: HCl ve NaOH için 1, $\mathrm{H_2SO_4}$ ve $\mathrm{Ca(OH)_2}$ için 2.

Erlene dönelim: $M_a \cdot 20 = 0{,}1 \cdot 40 \Rightarrow M_a = 0{,}2$ M.

İki örnek daha:

• 200 mL 0,1 M HCl'yi nötralleştirmek için 0,2 M NaOH'tan kaç mL gerekir? $0{,}1 \cdot 200 = 0{,}2 \cdot V_b$, $V_b = 100$ mL.
• 25 mL $\mathrm{H_2SO_4}$, 0,1 M NaOH'tan 30 mL harcıyor: $M_a \cdot 25 \cdot 2 = 0{,}1 \cdot 30 \cdot 1$, $M_a = 0{,}06$ M.

İkinci örnekte 2 çarpanını unutan öğrenci 0,12 M bulur; şıklarda bu sayı neredeyse her zaman vardır.

Eşdeğerlikten Önce: Artan Ne?

50 mL 0,1 M HCl'ye 30 mL 0,1 M NaOH eklendi. Karışımın pH'ı kaçtır?

Mol olarak düşünün (mmol = M × mL): asit 5 mmol, baz 3 mmol. 3 mmol nötralleşir, 2 mmol asit artar. Toplam hacim 80 mL:

$[\mathrm{H_3O^+}] = \dfrac{2}{80} = 0{,}025 \text{ M} \qquad \mathrm{pH} = -\log(0{,}025) = 2 - \log 2{,}5 \approx 1{,}60$

Hacmi toplamayı unutup 50 mL'ye bölen öğrenci 0,04 M ve pH 1,40 bulur. Karışım sorularında sıra hep aynıdır: mol hesapla, çıkar, artanı toplam hacme böl.

Eğri Neden Sıçrıyor, İndikatör Nasıl Seçilir?

Erlendeki titrasyonu düşünün. 39,9 mL'de henüz 0,01 mmol asit artıyor; bu miktar 59,9 mL'lik çözeltide pH'ı yaklaşık 3,8'de tutar. 40,1 mL'de ise 0,01 mmol baz artar ve pH yaklaşık 10,2'ye fırlar. 0,2 mL'lik fark pH'ı 6 birim oynatır. Titrasyon eğrisindeki dik kısım budur ve dönüm noktası tam ortasındadır.

İndikatör, renk değiştirdiği aralık bu dik kısmın içine düşecek biçimde seçilir. Fenolftalein yaklaşık 8,2-10 arasında renksizden pembeye, metil oranj 3,1-4,4 arasında kırmızıdan sarıya döner. Kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonunda sıçrama yaklaşık 4'ten 10'a uzandığı için ikisi de iş görür. Zayıf asit-kuvvetli baz titrasyonunda dönüm noktası 7'nin üstündedir ve fenolftalein seçilir.

Yanılgılar ve AYT İpucu

Sık yapılan hata 1: Baz sorusunda pOH'u bulup cevap diye işaretlemek. 0,001 M NaOH'ın cevabı 3 değil, 11'dir.

Sık yapılan hata 2: Ölçeği doğrusal sanmak; 2 birim farkı 2 kat sanmak.

Sık yapılan hata 3: Dönüm noktasında pH'ın her zaman 7 olduğunu düşünmek. Yalnız kuvvetli asit ile kuvvetli bazda böyledir.

AYT ipucu: "Kaç mL" soran titrasyonda önce $t$ değerlerini yazın. Karışımın pH'ını soran soruda ise hiçbir zaman $M_a V_a = M_b V_b$ ile başlamayın; o eşitlik yalnız tam nötralleşme anında geçerlidir.

Sık sorulanlar