Asit baz tanımında tarihçe

• Önceleri H+ iyonu veren madde asit,OH- iyonu veren madde baz olarak tanımlanmış ancak bu tanımın bazı bileşiklere uymadığı görülmüştür

CO2 , NH3

CH4 gibi

• Arrhenius (1884) bunu düzeltmek için su ile reaksiyonlaştığı vakit ortama H+ veya OH- veren maddeleri asit ve baz olarak tanımlamıştır.Bu tanım CO2’nin asit NH3’ün baz olduğunu açıklar

NH3 + H2O ------- NH4 + OH-

CO2 + H2O ------- H2 CO3------H+ + HCO-3

Ancak bu tanımda HCO-3 ve H2PO-

4 gibi kuvvetli bazları kapsamamaktadır

• Bronsted-Lowry (1923),suda iyonlaştıkları zaman H+ iyonu veren maddeleri asit, H+ bağlayan maddeleride baz olarak tanımlayarak daha kapsamlı bir tanım yapmıştır. Bu tanım

HCO-3,H2PO-

4,HPO--4 kuvvetli bazları içine

almaktadır

• Her iki asit baz tanımına uymayan asidik ve bazik maddelerin varlığı yeni bir tanım yapılmasını sağlamıştır

• Lewis;e- alan her madde asit e- veren her madde baz diyerek bu tanımlamaları en kapsamlı hale getirmiştir

BF3 + F- ---------- BF4

Asit Baz

Ag+ + 2CN---------Ag(CN)2 Asit Baz

ASİT

Çözeltiye hidrojen iyonu (proton)verebilen yada elektron

çifti kabul eden maddelerdir.

Asit

HA ------ H+A¯

H +H2O-------- H3O+

BAZ

Hidrojen kabul eden yada elektron çifti veren bileşiklerdir.

NaOH---------- OH¯+Na

OH¯+ H+ ---------- H2O

Baz

• Bronsted Lowry’nin asit baz tarifi biyolojik sistemler için en uygun olanıdır.Buna göre her asit bir bazla eşleniktir

Bir proton donörü ve ona uygun proton akseptörü, bir konjuge asit-baz çifti oluşturur

Konjuge asit-baz çiftleri

Kuvvetli ve zayıf asitler

• Kuvvetli asitler sulu çözeltilerinde tamamen iyonlarına ayrışırlar (HCl ve H2SO4)

• Sulu çözeltilerinde tamamen iyonlarına ayrışmayan asitlerde zayıf asitlerdir (CH3COOH)

• Aynı özellikler kuvvetli ve zayıf bazlar içinde geçerlidir

• Her kuvvetli asitte zayıf bir baz

• Her zayıf asitte kuvvetli bir baz vardır

Asitler ve bazlar

Canlı organizmada bulunan asitlerin çoğu zayıf asittir.

Cl- zayıf ,karboksilat kuvvetli bir bazdır

• Bir asidin zayıf veya kuvvetli oluşu ,o asidin ortama verdiği hidrojen iyonu miktarı ile ilgilidir

• Bir asidin iyonlaşma derecesi dissosiasyon sabitesi ile belirlenir ve her asit için sabit bir değerdir

İyonlaşma sabitesi

• İki yönlü bir kimyasal reaksiyonda iyonlaşmış moleküller arasındaki ilişkiyi gösterir

HA ile gösterilebilen her hangi bir asidin iyonizasyon sabiti veya dissosiasyon sabiti

Ka’nın negatif logaritması da pKa ile gösterilir

pKa zayıf asitlerin asitlik derecesinin bir ölçüsüdür

pKa ne kadar küçükse asit o kadar kuvvetlidir

Ka sabitesi ne kadar büyükse asit o kadar kuvvetlidir

Canlı organizmada bulunan asitlerin çoğu zayıf asittir.

Zayıf asitlerin pKa değerleri, titrasyon grafiği çizilerek

bulunabilir

Zayıf asidin pKa değerine eşit pH’da, zayıf asit ve bunun

konjuge bazı eşit konsantrasyonlarda bulunur

daha düşük pH’larda asit konsantrasyonu fazladır

daha yüksek pH’larda asidin konjuge bazının konsantrasyonu

fazladır

pH kavramı

• H+ iyon konsantrasyonu ve Ka’nın çok küçük değerler olması logaritmik olarak ifade edilmesine neden olmuş ve pH tanımlaması yapılarak işlem kolaylığı sağlanmıştır

• Kuvvetli asitlerde H+ iyon konsantrasyonu

asit konsantrasyonuna eşittir

• Zayıf asitlerde H+ iyon konsantrasyonu iyonlaşma sabitinden hesaplanır

• Kuvvetli ve zayıf bazlarda da OH- iyon konsantrasyonlarının hesaplanması benzer şekilde yapılır

• 0.1 N HCl asidin pH’ı?

• 0.1 N asetik asidin pH’ı? Ka:1.86x10-5 pH=-logVKaxC

pH=-logV 1.86x10-6= 2.87

• 0.0004 M NaOH’ın pH’ı?• pOH=-log 4*10-4=-log4-log10-4

pOH= 4 - 0.602=3.398 pH=10.602

• 0.1 N NH4OH’ın pH’ı Kb=2x10-5

pOH=-logVKbxC =-log V2x10-6= -log 1.41x10-3=3-0.15=2.85

pH=14-2.85=11.15

Suyun iyonlaşması

Su moleküllerinin ayrışması ile az da olsa proton ve hidroksil iyonları elde edilir.

25oC saf suda suyun konsantrasyonu, 55,5 M’dır

Keq değeri, suyun

elektriksel iletkenliği ölçülerek 1,8 x 1016M bulunmuştur

Suyun iyonlar çarpımının sabit olduğunu görüyoruz

Sulu çözeltilerde, saf suda olduğu gibi H+ ile OH’nin konsantrasyonları eşit olduğunda, çözeltinin nötral pH’ da olduğu ifade edilir

Nötral pH’da H+ ile OH’nin konsantrasyonu birbirine eşit ve 10-7M’dır.

• Suyun iyon çarpımının sabit oluşu pH tablosunun temelini oluşturur

• Konsantrasyonu 1M H+ ile 1M OH- arasında bulunan sulu ortamın H+ iyonunun gerçek konsantrasyonunu göstermede kullanılır

• Derişik asit baz çözeltilerinde pH kullanılmaz

pH, bir çözelti için bir karakteristiktir. Bir çözeltinin pH’ı, çözeltideki H+ iyonları konsantrasyonunun eksi

logaritmasıdır.

25oC’de nötral bir çözeltinin pH’ı 7’dir

Asidik ve alkali çözeltiler

Bir çözeltinin pH’ı 7’den küçükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha yüksek), çözelti asidiktir

Bir çözeltinin pH’ı 7’den büyükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha düşük), çözelti alkali veya baziktir

pH Şiddetli asit 2’nin altı Asit 2-4 Zayıf asit 4-6.5 Nötral 6.5-7.5 Zayıf alkali 7.5-10 Alkali 10-12 Şiddetli alkali 12’nin üstü

• Su zayıf bir asit olduğuna göre saf sudaki

H+ ve OH- iyon konsantrasyonlarını ve suyun pH’ını hesaplayınız

TAMPON ÇÖZELTİLER

Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH) eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde olan sulu sistemlerdir.

Tampon sistemler

• Zayıf asitler ve zayıf alkaliler

CO2 + Na+ + OH--------Na+ + HCO3-

C5H5N + H+ + Cl- ---------C5H6N+ + Cl-

• Zayıf asitler ve tuzlarının bir karışımı

• Zayıf bazlar ve tuzlarının bir karışımı

• Aminoasitler ve proteinler

Tamponlama, proton donörü ve onun konjuge proton akseptörünün yaklaşık olarak eşit konsantrasyonlarda bulunduğu çözeltilerde denge oluşturan iki reverzibl reaksiyonun sonucudur

TAMPON ÇÖZELTİLER

• Tampon asit eklendiğinde bir baz, baz eklendiğinde de asit gibi davranır.

Baz eklenince HB iyonizasyonu artıyor,asit eklenince asidin konjuge bazı(B-) asit halini alıyor(HB)

• Bir tampon sistem, eklenen kuvvetli asidi zayıf aside dönüştürerek pH’ı korur

• Yine bir tampon sisteme eklenen OH- iyonları H2O haline gelerek etkisiz kalır

CHEMICAL BUFFER SYSTEMS

H2CO3

HCO3-

H+

Na+ Cl-

AddHCl

Na+ Cl-

H+ Cl-

Unbuffered Salt Solution All protons are free

H2CO3: HCO3- Buffer

AddHCl

H2CO3

HCO3- + H+

Protons taken up as Carbonic Acid

zayıf asit ile onun konjuge bazının bir karışımının tamponlama etkisi ve zayıf asidin pKa’sı ile pH arasındaki

kantitatif ilişki, Henderson-Hasselbalch denklemi ile ifade edilir

• pH=pK+log(A)/(HA) *pH=pK ise asit baz konsantrasyonları birbirine eşittir.Bu noktada tamponlama kapasitesi en fazladır. *tamponlama ;(A)/(HA)=0,1-10 aralığında etkindir.

Baz eklenince HB iyonizasyonu artıyor,asit eklenince asidin konjuge bazı(B-) asit halini alıyor(HB)

• Canlı organizmaların hücre içi ve hücre dışı sıvıları ,bunların normal pH larında tampon görevi yapan eşlenik asit –baz çiftleri ihtiva ederler

• En önemli hücre içi tamponu H2PO4/HPO4 eşlenik asit –baz sistemidir(pK=7.2)

• Glukoz 6-P ve ATP gibi organik fosfatlar ile iyonlaşabilir gruplar taşıyan proteinlerde önemli hücre içi tamponları teşkil ederler

• Eritrositlerdeki tamponlamadan , hemoglobin ve oksihemoglobin sorumludur

• Kan ve hücreler arası sıvının en önemli tamponu ise bikarbonat tampon sistemidir

• Vucut sıvılarında söz konusu tampon sistemler olmasaydı canlılık devam edemezdi

• Çünkü dışarıdan alınan gıda maddelerinde bulunan asitli bileşikler ve metabolizma olayları sonucu oluşan organik asitler ve CO2,pH’ı çok düşüreceklerdi

• Protein yapısındaki enzimlerin aktiviteside pH’a bağlı olduğundan metabolizma olayları felce uğrayacaktı

Çoğu hücrenin sitoplazması, yüksek konsantrasyonda protein içerir. Proteinlerde, birçok amino asit, amino asitlerde de zayıf asit ve zayıf baz olan fonksiyonel gruplar vardır

Henderson-Hasselbalch denkleminin kullanımı

Serbest laktik asit 0,010M, laktat 0,087M olduğu durumda pH 4,80 olarak ölçüldüğüne göre laktik asidin pKa değeri:

Bir zayıf asidin pKa değerini bulmak için; bu asit ve konjuge bazının bilinen konsantrasyonlarını içeren tampon hazırlanır ve bu tamponun pH’ı ölçüldükten sonra Henderson-Hasselbalch denklemi ile hesaplama yapılır.

Asetik asidin pKa değeri 4,76 olduğuna göre 0,1M asetik asit ve 0,2M sodyum asetat karışımının pH’ı:

Asit ve tuz konsantrasyonu bilinen bir tampon çözeltinin pH’ının hesaplanmasında

• Plazma HCO3-/H2CO3 oranı 20 olduğuna

göre kan pH’ını hesaplayınız(pK=6.1)

• Biyokimya laboratuvarlarında en çok kullanılan tamponlar asetat,fosfat ve Tris tamponlarıdır

Sulu çözeltilerin pH’ı,

çeşitli yöntemlerle ölçülebilir

Kolorimetrik yöntemler İndikatör boyalar ile

Elektrometrik yöntemler pH metre ile

İndikatörler • Çeşitli pH’larda renk değiştiren maddelerdir• Genellikle zayıf asitlerdir• Alkali ortamlarda dissosiye olarak farklı renkler

verirler• Ortam önceki pH’larına getirilince dissosiasyon

kalkar ,H+ iyonlarını alarak molekül haline geçerler ve ilk renklerine dönerler(asit rengi)

• Örn.fenol ftaleinin asit rengi renksizdir.iyonize olduğu zaman pembe renkli olur

• Her indikatörün dissosiye olduğu pH aralığı farklı olup o indikatörün pK’sı ile ilişkilidir

pH < IN pH=amfolitin izoelektrik noktası (IN)

pH >IN

H+2A H+A

A

[ortamda fazla miktarda bulunan H+ iyonları, amfolite

katılarak A’nin yükünü

ortadan kaldırırlar.]

[amfolit (+) ve ( ) yükler içermekle birlikte dışarıya karşı yüksüz gibi davranır; (+) ve ( ) yükler birbirini

dengelemektedirler.]

[ortamda fazla miktarda bulunan OH

iyonları,

amfolitteki H+ ile su oluştururlar ve böylece (+)

yükü ortadan kaldırılmış olur.]

• Her indikatör için rengin en iyi şekilde gözlemleneceği pH aralığı pKind +

- 1 ‘dir

• Örn.8 ile 10 arasındaki bir pH değişimini gözlemek için fenol ftalein kullanılır

Bir tüpe alınan tükürük içerisine bir damla fenolftalein damlatıldığında tükürüğün renksiz kalması, pH’ının 8,3’ten küçük olduğunu gösterir.

Başka bir tüpe alınmış aynı tükürük örneğinin üzerine bir damla turnusol damlatılınca renk mavi oluyorsa, pH 7’den büyük demektir.

SONUÇ: Tükürük örneğinin pH’ı 7 ile 8,3 arasındadır

pH metre