Asitler, Bazlar ve Tuzlar

Asit ve bazları tanımak: gözlenebilir özellikler

Limonun, sirkenin ve ekşi elmanın ortak bir tadı vardır: ekşilik. Bu tadı veren maddeler asitlerdir: limonda sitrik asit, sirkede asetik asit, elmada malik asit, yoğurtta laktik asit bulunur. "Asit" sözcüğü de Latince ekşi anlamına gelen acidus sözcüğünden türemiştir. Sabun, kabartma için kullanılan yemek sodası ve bazı ilaçlar ise acımsı bir tat ve ele kayganlık hissi verir; bu maddeler bazik özellik gösterir. Laboratuvarda hiçbir madde tadılmaz ve çıplak elle tutulmaz. Tat ve dokunma hissi yalnızca günlük hayattan tanıdığımız maddeleri sınıflandırmak için anılır; asit ve bazları ayırmanın güvenli yolu indikatör kullanmaktır.

Asit ve bazların ortak özellikleri şöyle özetlenebilir:

• Asitler: Sulu çözeltilerinin tadı ekşidir. Mavi turnusol kâğıdını kırmızıya çevirir, fenolftaleinin rengini değiştirmez. Aktif metallerle tepkimeye girerek hidrojen gazı çıkarır. Mermer ve kireç taşı gibi karbonatlı maddeleri köpürterek aşındırır.
• Bazlar: Sulu çözeltilerinin tadı acıdır, ele kayganlık hissi verir. Kırmızı turnusol kâğıdını maviye, renksiz fenolftaleini pembeye çevirir. Yağları çözer; bu yüzden pek çok temizlik maddesi baziktir.
• İkisi için ortak: Sulu çözeltileri elektrik akımını iletir, çünkü suda iyonlar oluşur. Asit ve baz bir araya gelince birbirinin etkisini azaltır (nötrleşme).

Elektrik iletkenliği önemli bir ipucudur. Saf hidrojen klorür (HCl) gazı moleküllerden oluşur ve elektriği iletmez. Aynı gaz suda çözünüp iyonlarına ayrıldığında çözelti iletken olur. Demek ki asitliğin kaynağı maddenin kendisi değil, suyla etkileşiminde oluşan iyonlardır.

Arrhenius tanımı: suda oluşan iyonlar

İsveçli bilim insanı Svante Arrhenius, 19. yüzyılın sonlarında asit ve bazları suda oluşturdukları iyonlarla tanımladı. Bu tanıma göre asit, suda çözündüğünde \(\text{H}^{+}\) iyonu oluşturan maddedir; baz ise suda çözündüğünde \(\text{OH}^{-}\) (hidroksit) iyonu oluşturan maddedir:

\(\text{H}^{+}\) iyonu yalnızca bir protondur ve suda tek başına dolaşmaz; bir su molekülünün ortaklanmamış elektron çiftine bağlanarak hidronyum iyonu (\(\text{H}_3\text{O}^{+}\)) oluşturur. Bu yüzden asitlerin suda iyonlaşması şöyle de yazılır:

İki yazılış aynı olayı anlatır; denklemlerde kısalık için çoğunlukla \(\text{H}^{+}(suda)\) kullanılır. Nitrik asit (\(\text{HNO}_3\)), sülfürik asit (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)) ve asetik asit (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)) de suda \(\text{H}^{+}\) iyonu verir. Asetik asitte dört H atomu vardır ama yalnızca –COOH grubundaki H atomu \(\text{H}^{+}\) olarak ayrılabilir; metil grubundaki H atomları karbona bağlıdır ve iyonlaşmaz.

Bazlarda da durum benzerdir. NaOH, KOH ve \(\text{Ca(OH)}_2\) gibi metal hidroksitleri iyonik bileşiklerdir; suda çözündüklerinde yapılarındaki \(\text{OH}^{-}\) iyonları serbest kalır. Amonyak (\(\text{NH}_3\)) ise yapısında \(\text{OH}^{-}\) bulundurmadığı halde bazdır, çünkü sudan bir \(\text{H}^{+}\) alarak \(\text{OH}^{-}\) iyonu oluşturur:

Arrhenius tanımının bir sınırı vardır: yalnızca sulu çözeltilerde geçerlidir. Örneğin \(\text{NH}_3\) gazı ile HCl gazı su olmadan da tepkimeye girip beyaz bir duman halinde katı \(\text{NH}_4\text{Cl}\) oluşturur. Bu tepkimede HCl bir \(\text{H}^{+}\) (proton) verir, \(\text{NH}_3\) onu alır. Asidi proton veren, bazı proton alan tür olarak tanımlayan bu daha geniş bakışa Brønsted–Lowry tanımı denir; ayrıntısı AYT'deki sulu çözelti dengeleri konusunda işlenir.

Kuvvetli ve zayıf asitler, bazlar

Bütün asitler suda aynı ölçüde iyonlaşmaz. HCl suda çözündüğünde moleküllerinin neredeyse tamamı iyonlarına ayrılır; çözeltide HCl molekülü kalmaz. Böyle asitlere kuvvetli asit denir ve iyonlaşma tek yönlü okla gösterilir. Asetik asit ise suda çok az iyonlaşır: moleküllerin büyük çoğunluğu çözeltide molekül olarak kalır, ancak küçük bir kısmı \(\text{H}^{+}\) ve \(\text{CH}_3\text{COO}^{-}\) iyonlarına ayrılır. Bunlara zayıf asit denir ve iyonlaşma çift yönlü okla yazılır:

Kuvvet farkı ölçümlerle görülür. Aynı sıcaklıkta, eşit hacimde suda eşit mol asit çözülerek hazırlanan HCl ve asetik asit çözeltilerinden HCl çözeltisi elektriği çok daha iyi iletir, çünkü içinde çok daha fazla iyon vardır. Aynı çözeltilere eşit büyüklükte magnezyum şeritler atılırsa HCl çözeltisinde gaz çıkışı çok daha hızlıdır.

pH ölçeği ve indikatörler

Bir çözeltinin ne kadar asidik ya da bazik olduğunu anlatmak için pH ölçeği kullanılır. Sulu çözeltilerin çoğu için pH değeri 0 ile 14 arasında bir sayıdır. 25 °C'ta:

• pH < 7 olan çözelti asidiktir; pH küçüldükçe asitlik artar.
• pH = 7 olan çözelti nötrdür; saf su ve sofra tuzunun sulu çözeltisi böyledir.
• pH > 7 olan çözelti baziktir; pH büyüdükçe bazlık artar.

Asidik çözeltilerde \(\text{H}^{+}\) iyonları \(\text{OH}^{-}\) iyonlarından fazladır, bazik çözeltilerde tersi geçerlidir, nötr çözeltide ikisi eşittir. Saf su da çok az iyonlaşır ve eşit sayıda \(\text{H}^{+}\) ile \(\text{OH}^{-}\) içerir; bu yüzden nötrdür. Bir asit çözeltisine su eklendikçe asitlik azalır ve pH 7'ye yaklaşır, ama yalnızca su ekleyerek bir asit çözeltisi hiçbir zaman bazik yapılamaz. pH'ın sayısal hesabı AYT konusudur; TYT'de ölçeği okumak ve yorumlamak yeterlidir.

İndikatörler (belirteçler), ortamın pH'ına göre renk değiştiren maddelerdir. Her indikatör belirli bir pH aralığında renk değiştirir; bu aralığın altında bir renk, üstünde başka bir renk gösterir. Turnusol kâğıdı, fenolftalein, metil oranj ve bromtimol mavisi en çok kullanılanlardır. Turnusol kâğıdı yalnızca asidik mi bazik mi sorusuna cevap verir; birkaç indikatör birlikte kullanılırsa çözeltinin pH'ı dar bir aralığa sıkıştırılabilir. Laboratuvarda pH'ı daha duyarlı ölçmek için pH kâğıdı ya da pH metre kullanılır.

Nötrleşme tepkimeleri

Bir asit çözeltisi ile bir baz çözeltisi karıştırıldığında asidin \(\text{H}^{+}\) iyonları bazın \(\text{OH}^{-}\) iyonlarıyla birleşip su oluşturur. Bu olaya nötrleşme denir:

Geride kalan iyonlar, yani bazın katyonu ile asidin anyonu, tuzu oluşturur. Tuz, asidin anyonu ile bazın katyonundan oluşan iyonik bileşiktir. Nötrleşme tepkimesi genel olarak "asit + baz → tuz + su" diye özetlenir:

Nötrleşme ekzotermiktir; kuvvetli bir asit ile kuvvetli bir bazın karışımı belirgin biçimde ısınır. Ayrıca tepkimede tuzun iyonları çözeltide kalır (\(\text{Na}^{+}\) ve \(\text{Cl}^{-}\) değişmez); bu iyonlara seyirci iyonlar denir.

Tam nötrleşmenin koşulu basittir: asidin verebileceği \(\text{H}^{+}\) iyonlarının mol sayısı, bazın verebileceği \(\text{OH}^{-}\) iyonlarının mol sayısına eşit olmalıdır.

Bir mol HCl ya da \(\text{HNO}_3\) bir mol \(\text{H}^{+}\), bir mol \(\text{H}_2\text{SO}_4\) iki mol \(\text{H}^{+}\) verir. Bir mol NaOH bir mol \(\text{OH}^{-}\), bir mol \(\text{Ca(OH)}_2\) iki mol \(\text{OH}^{-}\) verir. Bu yüzden 1 mol \(\text{H}_2\text{SO}_4\)'ü nötrleştirmek için 2 mol NaOH gerekir:

Karıştırılan asit ve bazın iyon sayıları eşit değilse fazla olan iyon çözeltide kalır. \(\text{H}^{+}\) artarsa son çözelti asidik, \(\text{OH}^{-}\) artarsa bazik olur. Bu yüzden "karışım nötr müdür?" sorusunun cevabı mol sayılarına bakılarak verilir, hacimlere ya da kütlelere bakılarak değil.

Amonyak gibi \(\text{OH}^{-}\) içermeyen bir baz da asitle tuz oluşturur. Amonyağın nitrik asitle tepkimesinde su oluşmaz, ürün yalnızca tuzdur ve bu tuz yaygın bir gübredir:

Asitlerin metallerle tepkimeleri

Metaller asitlere karşı aynı davranmaz. Metalleri tepkimeye girme eğilimlerine göre sıralayan aktiflik sırası, bu davranışı açıklar:

Hidrojenden daha aktif olan metaller (K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe), HCl ve seyreltik \(\text{H}_2\text{SO}_4\) gibi asitlerle tepkimeye girer; tuz oluşur ve hidrojen gazı açığa çıkar:

Demir bu tepkimede \(\text{Fe}^{2+}\) iyonu oluşturur: \(\text{Fe}(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{FeCl}_2(suda) + \text{H}_2(g)\). K, Na ve Ca o kadar aktiftir ki suyla bile tepkimeye girip hidrojen gazı ve hidroksit oluşturur; \(2\text{Na}(k) + 2\text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow 2\text{NaOH}(suda) + \text{H}_2(g)\). Özellikle K ve Na'nın asitlerle tepkimesi tehlikeli derecede hızlıdır; bu deneyler okul laboratuvarında yapılmaz.

Açığa çıkan hidrojenin miktarı metalin oluşturduğu iyonun yüküne bağlıdır. Her \(\text{H}_2\) molekülü için iki \(\text{H}^{+}\) iyonu iki elektron almalıdır. +1 yüklü iyon oluşturan Na her mol için 0,5 mol, +2 yüklü iyon oluşturan Mg ve Zn 1 mol, +3 yüklü iyon oluşturan Al 1,5 mol \(\text{H}_2\) verir. Kısaca, iyon yükü \(x\) olan bir metalin \(n\) molü yeterli asitle \(\frac{x \cdot n}{2}\) mol \(\text{H}_2\) oluşturur.

Hidrojenin sağındaki metaller (Cu, Hg, Ag, Au, Pt) HCl ve seyreltik sülfürik asitle tepkime vermez; HCl'ye atılan bakır tel günlerce bekletilse de gaz çıkmaz. Bu metallere soy metaller denir ve kendi içlerinde ikiye ayrılır:

• Yarı soy metaller (Cu, Hg, Ag): Nitrik asit ve sıcak derişik sülfürik asit gibi yükseltgen asitlerle tepkimeye girer. Bu tepkimelerde \(\text{H}_2\) gazı çıkmaz; asidin anyonu indirgenir ve NO, \(\text{NO}_2\) ya da \(\text{SO}_2\) gazı oluşur. Örneğin bakır derişik nitrik asitte kahverengi \(\text{NO}_2\) gazı çıkararak çözünür: \(\text{Cu}(k) + 4\text{HNO}_3(suda) \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2(suda) + 2\text{NO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\).
• Tam soy metaller (Au, Pt): Nitrik asitle de tepkime vermez. Yalnızca hacimce 3 birim derişik HCl ile 1 birim derişik \(\text{HNO}_3\) karışımı olan kral suyunda çözünür.

Amfoter metaller ve bazlarla tepkimeleri

Çoğu metal bazlarla tepkime vermez; magnezyum ya da demir NaOH çözeltisine atılırsa gaz çıkmaz. Ancak çinko (Zn) ve alüminyum (Al) hem asitlerle hem de kuvvetli bazlarla tepkimeye girip hidrojen gazı çıkarır. Hem asitlerle hem de bazlarla tepkime verebilen bu metallere amfoter metaller denir (kurşun ve kalay da amfoterdir). Kuvvetli bazlarla tepkimede metal, oksijenle birlikte bir anyonun içine girer ve tuz oluşur:

Oluşan tuzlar sodyum zinkat ve sodyum alüminattır. Dikkat edersen her iki metal de bazla, asitle verdiği kadar hidrojen verir: 1 mol Zn her iki durumda 1 mol, 1 mol Al her iki durumda 1,5 mol \(\text{H}_2\) oluşturur. Bu metallerin oksit ve hidroksitleri de (ZnO, \(\text{Al}_2\text{O}_3\), \(\text{Zn(OH)}_2\), \(\text{Al(OH)}_3\)) amfoterdir; asitlerle de bazlarla da tuz ve su oluşturur:

Amfoterliğin günlük hayatta bir sonucu vardır: alüminyum ve çinko kaplar, kireç çözücü gibi asidik ya da lavabo açıcı gibi kuvvetli bazik maddelerle temas etmemelidir.

Karbonatlar, amonyum tuzları ve oksitler

Asitler karbonat (\(\text{CO}_3^{2-}\)) ve hidrojen karbonat (\(\text{HCO}_3^{-}\)) içeren maddelerle tepkimeye girdiğinde tuz ve su oluşur, ayrıca karbondioksit gazı çıkar. Mermerin, kireç taşının ve yumurta kabuğunun asitte köpürmesinin nedeni budur:

Çıkan gazın karbondioksit olduğu kireç suyuyla anlaşılır: gaz kireç suyundan (\(\text{Ca(OH)}_2\) çözeltisi) geçirilince suda çözünmeyen \(\text{CaCO}_3\) oluşur ve çözelti bulanıklaşır. Amonyum tuzları da kuvvetli bazlarla, özellikle ısıtıldığında, keskin kokulu amonyak gazı çıkarır: \(\text{NH}_4\text{Cl}(k) + \text{NaOH}(suda) \rightarrow \text{NaCl}(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{NH}_3(g)\).

Oksitler de suyla ve asit-bazlarla davranışlarına göre sınıflandırılır:

• Bazik oksitler: Aktif metallerin oksitleridir (\(\text{Na}_2\text{O}\), CaO). Suyla baz oluşturur, asitlerle tuz ve su verir. Sönmemiş kirece su eklenince sönmüş kireç elde edilir: \(\text{CaO}(k) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{Ca(OH)}_2(k)\).
• Asidik oksitler: Ametallerin çoğu oksitidir (\(\text{CO}_2\), \(\text{SO}_2\), \(\text{SO}_3\), \(\text{N}_2\text{O}_5\), \(\text{P}_4\text{O}_{10}\)). Suyla asit oluşturur, bazlarla tuz ve su verir: \(\text{SO}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4(suda)\), \(\text{CO}_2(g) + 2\text{NaOH}(suda) \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3(suda) + \text{H}_2\text{O}(s)\). Fosil yakıtlardan çıkan kükürt ve azot oksitlerinin yağmur suyuyla asit oluşturması asit yağmurlarının nedenidir.
• Amfoter oksitler: ZnO ve \(\text{Al}_2\text{O}_3\); hem asitlerle hem bazlarla tepkime verir.
• Nötr oksitler: CO, NO ve \(\text{N}_2\text{O}\); suyla asit ya da baz oluşturmaz, asit ve bazlarla tuz vermez.

Tuzlar: oluşum, adlandırma ve günlük hayattaki tuzlar

Tuzlar yalnızca nötrleşmeyle oluşmaz. Aktif metal ile asidin, amfoter metal ile bazın, karbonat ile asidin, asidik oksit ile bazın tepkimelerinin hepsinde ürünlerden biri tuzdur. Tuzlar iyonik bileşiklerdir; katı halde iletken değildir, suda çözündüklerinde ya da eritildiklerinde elektriği iletirler. Adlandırmada önce katyonun, sonra anyonun adı söylenir: KCl potasyum klorür, \(\text{KNO}_3\) potasyum nitrat, \(\text{CaSO}_4\) kalsiyum sülfat, \(\text{NH}_4\text{Cl}\) amonyum klorür. Birden fazla yük alabilen metallerde yük Roma rakamıyla yazılır: \(\text{FeCl}_2\) demir(II) klorür, \(\text{CuSO}_4\) bakır(II) sülfat.

Yemek sodası hamurda ısıyla ayrışarak karbondioksit çıkarır ve hamuru kabartır: \(2\text{NaHCO}_3(k) \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3(k) + \text{H}_2\text{O}(g) + \text{CO}_2(g)\). Kireç taşı ısıtıldığında ise sönmemiş kirece dönüşür: \(\text{CaCO}_3(k) \rightarrow \text{CaO}(k) + \text{CO}_2(g)\).

Tuzların sulu çözeltileri her zaman nötr değildir. NaCl ve \(\text{KNO}_3\) çözeltileri nötrdür; ama yemek sodası çözeltisi hafif bazik, çamaşır sodası çözeltisi belirgin biçimde bazik, nişadır çözeltisi ise hafif asidiktir. Bunun nedeni AYT'de işlenir; TYT için bu örnekleri tanımak yeterlidir.

Günlük hayatta asitler ve bazlar: güvenli kullanım

Mutfakta, banyoda ve vücudumuzda pek çok asit ve baz vardır. Midemizde besinlerin sindirimine yardım eden hidroklorik asit bulunur; mide özsuyu çok asidiktir. Mide ekşimesinde kullanılan antasitler magnezyum hidroksit, alüminyum hidroksit, kalsiyum karbonat ya da sodyum hidrojen karbonat gibi bazik maddeler içerir ve fazla asidin bir kısmını nötrleştirir: \(\text{Mg(OH)}_2(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{MgCl}_2(suda) + 2\text{H}_2\text{O}(s)\).

Temizlik maddelerinin çoğu kuvvetli asit ya da bazdır:

• Tuz ruhu hidroklorik asit çözeltisidir. Kireç çözücüler de asit içerir (hidroklorik, fosforik ya da sitrik asit gibi); musluk ve fayanslardaki kireci, yani \(\text{CaCO}_3\)'ı, karbondioksit çıkararak çözer. Aynı nedenle mermer tezgâhları da aşındırır.
• Çamaşır suyunun etken maddesi sodyum hipoklorittir (NaOCl); çözeltisi baziktir. Lavabo açıcılar NaOH gibi kuvvetli bazlar içerir ve tıkanıklığa neden olan yağları çözer.

Klor gazı solunum yollarını tahriş eder; kapalı bir banyoda ciddi zehirlenmelere yol açabilir. Çamaşır suyunun amonyaklı temizleyicilerle karıştırılması da zehirli gazlar oluşturur. Bu yüzden farklı temizlik maddeleri birbirine katılmaz, ortam havalandırılır, eldiven kullanılır.

Kuvvetli asit ve bazların ambalajlarında aşındırıcı (korozif) madde uyarı işareti bulunur. Derişik bir asit seyreltilirken asit yavaş yavaş suya eklenir; suyu derişik asidin üzerine dökmek, açığa çıkan ısı yüzünden sıçramalara neden olur. Cilde ya da göze asit veya baz sıçrarsa bölge hemen bol suyla yıkanır; bir asidi bazla (ya da bazı asitle) nötrleştirmeye çalışmak, açığa çıkan ısı ve aşırı miktar nedeniyle zararı artırabilir.