10. Sınıf Asitler, Bazlar ve Çevre — Konu Anlatımı

Mermerdeki Silinen Yazılar

Eski mezarlıklarda ya da sanayi kentlerindeki anıtlarda yüz yıllık mermer yazıların okunmaz hâle geldiğini görürsünüz. Mermer kalsiyum karbonattır ($\mathrm{CaCO_3}$) ve yağmur suyundaki asitle tepkimeye girer:

$\mathrm{CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2}$

Sayalım: solda 1 Ca, 1 C, 7 O, 2 H, 1 S; sağda $\mathrm{CaSO_4}$'te 4, suda 1, $\mathrm{CO_2}$'de 2 olmak üzere yine 7 O, ayrıca 1 Ca, 1 C, 2 H, 1 S. Oluşan kalsiyum sülfat mermerden daha yumuşaktır ve yağmurla yıkanıp gider. Harfler milimetre milimetre silinir.

Bu sülfürik asit yağmura nereden karışıyor? Cevap, asit ve bazların ne olduğunu anlamaktan geçiyor.

Asit ve Baz: Suya Ne Veriyorlar?

En basit tanımla asit, suda çözündüğünde $\mathrm{H^+}$ iyonu veren, baz ise $\mathrm{OH^-}$ iyonu veren maddedir:

$\mathrm{HCl(suda) \rightarrow H^+(suda) + Cl^-(suda)}$   $\mathrm{NaOH(suda) \rightarrow Na^+(suda) + OH^-(suda)}$

Çinkoyla tuz ruhu tepkimesi asidin metal üzerindeki etkisini gösterir: $\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$. Tuz ruhu dökülen metal yüzeyde kabarcıkların çıkması bu hidrojendir.

Asit mi baz mı olduğunu anlamak için laboratuvar gerekmez. Kırmızı lahanayı kaynatıp suyunu süzün: bu mor sıvı bir indikatördür. Sirke damlatınca kırmızıya, karbonatlı su ya da sabunlu su eklenince yeşile döner. Rengi değiştiren, lahanadaki boyar maddenin $\mathrm{H^+}$ ya da $\mathrm{OH^-}$ ile farklı yapılara geçmesidir.

pH: Her Basamak On Kat

Asitliğin ölçüsü pH'tır: $\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H^+}]$. pH 2 olan çözeltide $[\mathrm{H^+}] = 10^{-2}$ mol/L, pH 5 olanda $10^{-5}$ mol/L'dir. 25 °C'de pH 7 nötr, altı asidik, üstü baziktir.

Temiz yağmurun bile hafif asidik olmasının nedeni havadaki $\mathrm{CO_2}$'nin suda çözünüp zayıf karbonik asit oluşturmasıdır. pH'ı 5,6'nın altına inen yağmura asit yağmuru denir.

Çözümlü örnek: pH'ı 4 olan bir göl suyu, pH'ı 6 olan bir göl suyundan kaç kat asidiktir? Fark 2 basamak: $10^2 = 100$ kat. Öğrencilerin çoğu "4 ile 6 arası 2 fark, o hâlde 1,5 kat" diye düşünüyor; ölçek logaritmik olduğu için bu yanlış.

Nötrleşme: Mide İlacından Tarlaya

Asit ile baz karşılaşınca $\mathrm{H^+}$ ve $\mathrm{OH^-}$ birleşip su oluşturur, geriye tuz kalır: $\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$.

Mide yanmasında kullanılan bazı antasitlerin etken maddesi magnezyum hidroksittir:

$\mathrm{Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O}$

Hesap: 0,1 mol $\mathrm{HCl}$ içeren bir çözeltiyi tam nötrleştirmek için kaç gram $\mathrm{NaOH}$ gerekir? Oran 1 : 1, yani 0,1 mol $\mathrm{NaOH}$: $0{,}1 \times 40 = 4$ g. Aynı asit için $\mathrm{Mg(OH)_2}$ kullanılsaydı oran 1 : 2 olurdu; 0,05 mol, yani $0{,}05 \times 58 = 2{,}9$ g yeterdi.

Asit yağmuruyla asitleşen tarlalar ve göller de nötrleşmeyle düzeltilir: toprağa kireç ($\mathrm{CaCO_3}$ ya da $\mathrm{Ca(OH)_2}$) serpilir.

Atmosferde Asit Nasıl Üretilir?

Kükürt içeren kömür yakıldığında kükürt dioksit oluşur. Havada su ve oksijenle kükürt asitlerine dönüşür:

$\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$   $\mathrm{SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3}$

$\mathrm{2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3}$   $\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}$

Araç motorlarında ve santrallerde yüksek sıcaklıkta oluşan azot oksitler de nitrik asit verir: $\mathrm{3NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO}$.

Çözüm yine kimyadan gelir. Santral bacalarında gaz, kireç taşı bulamacından geçirilir; kükürt dioksit havaya çıkmadan tutulur: $\mathrm{CaCO_3 + SO_2 \rightarrow CaSO_3 + CO_2}$. Filtre takılan bir fabrikanın baca ölçümlerinde $\mathrm{SO_2}$'nin hızla düşmesi bu tepkimenin sonucudur.

Sera Etkisi Ozon Deliği Değildir

Sık karıştırılan iki çevre sorunu tamamen farklı kimyasal süreçlerdir.

Sera etkisi: Güneş ışınları yeryüzünü ısıtır, yeryüzü ısıyı kızılötesi ışıma olarak geri yayar. $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{N_2O}$ ve su buharı bu ışımayı tutar; atmosfer ısınır. Havanın büyük kısmını oluşturan $\mathrm{N_2}$ ve $\mathrm{O_2}$ sera gazı değildir. Kömür ve petrol yerine güneş ya da rüzgâr enerjisi, tek kişilik otomobil yerine toplu taşıma, kişi başına salımı düşürür.

Ozon incelmesi: stratosferdeki ozon ($\mathrm{O_3}$) Güneş'in mor ötesi ışınlarının büyük bölümünü tutar. Kloroflorokarbonlardan (CFC) kopan klor atomları ozonu parçalar; yeryüzüne ulaşan mor ötesi ışın artar. Su buharı ozonu bu biçimde parçalamaz.

Yeşil kimyanın bir ölçütü de atom ekonomisidir: istenen ürünün kütlesi, girenlerin toplam kütlesine bölünüp 100 ile çarpılır. Kireç üretiminde ($\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$) istenen ürün $\mathrm{CaO}$ ise atom ekonomisi $\dfrac{56}{100} \times 100 = 56$'dır; girdinin %44'ü $\mathrm{CO_2}$ olarak havaya karışır. Atom ekonomisi yüksek tepkime, daha az atık demektir.

Yanılgılar ve Sınav İpucu

1. pH ölçeğini doğrusal sanmak. Bir basamak on kat derişim farkıdır.

2. Sera etkisiyle ozon incelmesini aynı sorun sanmak. Biri ısının tutulması, öteki mor ötesi ışının süzülememesidir; sorumlu gazlar da farklıdır.

3. Her yağmurun pH'ının 7 olduğunu sanmak. Temiz yağmur bile 5,6 civarındadır; asit yağmuru bunun altıdır.

Sınav ipucu: Denklemde $\mathrm{SO_2}$ ya da $\mathrm{NO_2}$ ile su görüyorsanız soru asit yağmurunu, CFC görüyorsanız ozonu, $\mathrm{CO_2}$ ve ısı görüyorsanız sera etkisini soruyordur.

Sık sorulanlar