Tampon Çözeltiler,SEYRELTME DEĞERİ ve TUZ ETKİSİ,

Tampon Çözeltiler
TAMPON ÇÖZELTİLER
Asitlik ve bazlık değişmelerine karşı direnen, yani az miktarda
kuvvetli asit veya kuvvetli baz ilavesiyle pH si yaklaşık olarak sabit
kalan çözeltilere tampon çözeltiler ; bu direnmeye de tampon etkisi
denir. Bunlar genellikle zayıf asit veya bazlarla bunların kuvvetli
tuzlarının karışı-mıdır. Örneğin asetik asit ile sodyum asetat ;
amonyak ile amonyum klorür karışımı gibi. Asetik asit-asetat tamponunda
H+ veya OH- eklenirse aşağıdaki nötralleşme tepkimeleri görülür. H+ +
AcO- → HOAc OH- + AcOH → H2O + AcO- Benzer şekilde amonyak-amonyum
klorür tamponu için H+ + NH3 → NH4+ OH- + NH4+ → H2O + NH3 tepkimeleri
yazılabilir. Bununla beraber, bir poliprotik asidin çeşitli nötralleşme
derecelerine malik tuzlarından ( örneğin NaH2PO4 ve Na2HPO4 karışımı )
yararlanılabildiği gibi zayıf bir asitle başka bir asidin tuzundan
ibaret sistemlerden de ( örneğin sitrik asit ve sodyum fosfat gibi )
yararlanılır. Zayıf bir asitle ( HA ) tuzunun ( A- ) tampon etkisi,
hidrojen iyonlarının zayıf asidin A- bazı ile birleşerek iyonlaşmış HA
moleküllerini vermesiyle açıklanır: A- + H3O+ H2O + HA Oysaki OH-
iyonları, OH- + HA H2O + A- denklemine göre yer değiştirmiş olurlar.
Tampon, zayıf bir B bazı ile tuzu karışımından ibaret ise dengeler
şöyledir : H3O+ + B H2O + BH+ OH- + BH+ B + H2O Örneğin zayıf bir
asitle ( HA ) bunun kuvvetli biz bazla verdiği B+A- tuzu karışımından
ibaret tampon sistemi düşünelim. Asidin protolizi şöyledir: HA + H2O
H3O+ + A- Kütlenin etkisi kanunu uygulandığında , [H3O+] [A-] [HA] ka =
; [H3O+] = ka [HA] [A-] Buradan ; [HA] - log [H3O+] = - log ka - log
[A-] veya, [A-] pH = pka + log (1.1) [HA] bulunur. Oysaki [A-] = [Tuz]
ve [HA] = [Asit] olduğundan; [Tuz] pH = pka + log (1.2) [Asit] olur ve
Henderson denklemi adını taşır. Bu denklem 10 > pH > 4 arasında
seyreltik çözeltilere uygulanır.

TAMPON GÜCÜ


Bir tampon çözeltiye dB ekivalan / litre kadar kuvvetli bazdan veta
kuvvetli asitten ilâve edildiğinde ph değişmesi dpH ise, dB ß = dpH
diferensiyel oranına tampon gücü veya değeri denir. O halde tampon
gücü, pH nin birim kadar değişmesi için ilâvesi gereken baz yahut asit
miktarıdır, dB ye karşı pH değişmesi ne kadar az is ise tampon gücü de
o kadar büyük, yani pH o kadar sabittir. Bir tampon sisteminin tampon
gücü, tuz konsantrasyonunun asit konsantrasyonuna oranı 10 ile 1/10
arasında olduğu zaman en elverişlidir. Bu ise pH = pka ±1e karşındır. O
halde bir asit-baz tampon çözeltisinin yararlı pH tampon aralığı pka ±1
olarak alınabilir. Eğer deniş bir pH tampon aralığını kaplayacak tampon
çözelti hazırlanmak istenirse, bir sıra zayıf asit seçmek gerekir ki
bunların pka ları 2pH biriminden fazla fark etmemiş olsun. Buna göre
maksimum tampon gücü ve belli pH li tampon çözelti hazırlamak için öyle
bir asit seçmek gerekir ki asidin pka sı istenilen pH ye eşit veya
mümkün mertebe yakın olsun. Bu halde, [Tuz] / [Asit] oranı 10 > pH
> 4 halinde (1.1) den hesaplanır. Tampon gücü bakımından önemli olan
bir başka faktör de asit ve tuzun konsantrasyonlarıdır. Çözeltinin
derişikliğinin fazlalığı oranında ve [Tuz] / [Asit] = 1/1 halinde
tampon gücü fazladır. Aşağıdaki çizelgede bazı tampon sistemler
verilmiştir.


Glisin – Glisin hidroklorür

Ftalik asit – Potasyum asit ftalat Asetik asit – Sodyum asetat
Monosodyum fosfat – disodyum fosfat Borik asit – boraks Boraks – Sodyum
hidroksid Disodyum fosfat – trisodyum fosfat 1,0 - 3,7 1,2 - 3,8 3,7 -
5,6 5,8 - 8,0 6,8 - 9,2 9,2 - 11,0 11,0 - 12,0 Tampon Sistemler pH
aralığı Tampon Karışım


KONU İLE İLGİLİ ÖRNEKLER
Örnek-1) 25oC da 0,1 M asetik asit ve 0,1 M sodyum asetat karışımının pH si ne kadardır? (ka =1,8 . 10-5) Çözüm: 0,1
pH = 4,74 + log = 4,74

0,1 Örnek-2) NaH2PO4 ve Na2HPO4 oranı ne olmalıdır ki tampon çözeltinin
pH si 7,10 olsun? (pk1=7,21) Çözüm: Denge reaksiyonu HPO4= + H+ H2PO4-
olup HPO4= iyonu tuzu, H2PO4- de asidi verir. (1.2) den, [Na2HPO4] 7,10
= 7,21 + log [NaH2PO4] [Na2HPO4] = antilog ( - 0,11 ) = antilog 1,89 =
0,776 [NaH2PO4] bulunur. Örnek-3) pH si 4,0 olan bir tampon çözelti
hazırlamak isteniyor. Maksimum tampon güçlü bir çözelti hazırlamak için
a) aşağıda verilen asit ve tuzlarından hangisi kullanılmalıdır? b) Bu
halde [Tuz] / [Asit] oranı ne olacaktır? Asit ka Asetik asit 1,8 . 10-5
Formik asit 2,1 . 10-4 Benzoik asit 6,5 . 10-5

Çözüm:
a) Yukarıdaki asitlerin pka ları 4,74 ; 3,7 ; ve 4,17 dir. Seçilecek
asit öyle olmalıdır ki pka sı 4,0 e yakın olsun. O halde en uygunu
benzoik asittir. b) (1.2) ye göre, [Tuz] 4,0 = 4,17 + log den [Tuz] /
[Asit] oranı = 66/100 bulunur. [Asit] Örnek-4) Litrede 1) 0,000018 M
HCl ; 2) 0,1 M asetik asit ve 0,1 M sodyum asetat içeren çözeltilerin
pH lerini hesaplayınız. 3) Bu çözeltilerin birer litresine 0,000018 M
NaOH ilâve edildiğinde yeni pH leri bulunuz. (ka= 1,8 . 10-5)
Çözüm:
1) pH = - log [H2O+] = - log 1,8 . 10-5 = 4,74 2) (1.2) den 0,1 pH =
4,74 + log = 4,74 0,1 3) Bu çözeltilerin bir litresine 0,000018 M NaOH
ilâve edildiğinde HCl halinde tam nötrelleşme olduğundan, pH = 7,0
olur. Asetik asit ve tuzu karışımında ise, 4) 0,1 + 0,000018 pH = 4,74
+ log ~ 4,74 0,1 – 0,000018 Görülüyor ki aynı miktar NaOH ilavesiyle
HCl çözeltisi tampon olmadığından pH, 2,26 pH birimi kadar artmış ;
oysaki ikinci halde tampon olduğundan pH, 0,001 pH biriminden daha az
değişmiştir. Örnek-5) Bir çözeltide sodyum asetat ( NaAc ) ve asetik
asidin ( HAc ) konsantrasyonları ne olmalıdır ki [H3O+] = 10-4 iyon g /
litre olsun? ( ka = 1,85 . 10-5 )
Çözüm:
(1.2) den [NaAc] 4 = 4,74 + log [HAc] [NaAc] / [HAc] = 0,18 bulunur. O
halde [Tuz] / [Asit] oranı 0,18 olduğunda [H3O+] = 10-4 dür. Şu oranlar
alınabilir ; [NaAc] = 0,18 M [HAc] = 1 M [NaAc] = 0,0018 M [HAc] = 0,1
M [NaAc] = 1,8 . 10-4 M [HAc] = 10 . 10-4 M Bu sonuncu olmaz, çünkü çok
seyreltiktir. Örnek-6) 100cm3 0,6 M NH3 çözeltisi ve 150cm3 0,3 M NH3Cl
çözeltisi karıştırılarak bir tampon çözelti hazırlanmıştır. a) Tamponun
pH’sı nedir? b) 0,001 mol asetik asit katılırsa pH ne olacaktır? Çözüm:
a) Bu bazlı tampon içi OH- derişimi, NH3 için ka yı veren eşitlikten
bulunabilir: NH3 + H2O NH4+ + OH- ka = [NH4+] [OH-] / [NH3] [OH-] = ka
[NH3] / [NH4+] NH3 ve NH4+ derişimleri, NH3 mol sayısı = 0,6 mol dm-3 x
0,1 dm3 = 0,06 mol NH4+ mol sayısı = 0,3 mol dm-3 x 0,15 dm3 = 0,045
mol [NH3] = 0,06 mol / 0,25 dm3 = 0,24 M [NH4+] = 0,045 mol / 0,25 dm3
= 0,18 M olduğuna göre [OH-] = 1,8 x 10-5 x ( 0,24 / 0,18 ) = 2,4 x
10-5 M ve pOH = 4,62 pH = 0,38 bulunur. b) Bu bazlı tamponda asit H+ +
NH3 → NH4+ tepkimesi ile nötralleşir. Katılan asidin derişimi 0,001 mol
/ 0,25 dm3 = 0,04 M dır. O halde NH3 ve NH4+ yeni derişimleri, [NH3] =
0,24 - 0,04 = 0,20 M [NH4+] = 0,18 + 0,04 = 0,22 M olacaktır. Yeni OH-
ise [OH-] = 1,8 x 10-5 x ( 0,20 / 0,22 ) = 1,6 x 10-5 M ve yeni pOH =
4,80 pH = 9,20 bulunur. Yani pH değişikliği yalnız 0,18 pH birimi
kadardır.

SEYRELTME DEĞERİ ve TUZ ETKİSİ


Bir tampon çözelti eşit hacimde su ile seyreltildiğinde pH artmasına
seyreltme değeri denir. ∆pH1/2 = ( pH )1/2 e – ( pH )e Seyreltme değeri
de tampon gücü kadar önemlidir, çünkü pratikte tampon değerinin
seyreltme ile pH sinin değişmemesi istenir. Asidin değerliğinin
büyüklüğü oranında seyreltme ile pH değişmesi o kadar fazladır. Bir
tampon çözeltiye nötral tuz ilâve edilirse iyonik kuvvet artar,
aktivite katsayısı azalır ve bunun sonucunda çözeltinin pH si küçülür.
Tuz etkisi seyreltme etkisinin tersidir. Bir tampon sistemin pratik
değeri, 1) Asit yahut baz ilâvesine; 2) Seyreltmeğe; 3) Nötral tuz
ilâvesine karşı denemesi ile belli olur. Sıcaklık değişimi de tampon
çözeltinin pH sini değiştirir.
KANDAKİ TAMPONLAR
Normal insan kanının pH si 7,35 olup biraz baziktir. pH nin bu normal
değerden 0,1 pH birimi kadar sapması ciddi patolojik rahatsızlıklara
sebep olur. Örneğin diyabetik komada kanın pH si 6,82 ye düşer. Kanda
mevcut bazı tampon sistemler kanın pH sini normal değerinde sabit
tutar. En önemli tampon ikilileri; H2CO3 B+H2PO4- B+HCO3- B2+HPO42-
dir. Burada B+; sodyum yahut potasyum gibi değerli bir katyondur. Bu ve
daha başka tampon sistemler kanda asit-baz dengesini sağlar. Karbonik
asit – bikarbonat tampon sistemi halinde, kanda hidroksonyum iyonunun
artışı, H3O+ + HCO8- H2CO8 + H2O reaksiyonunu soldan sağa doğru
yürütür; husule gelen karbonik asit ve karbon dioksite ayrışır. OH-
iyonlarının artışı ise, H2CO8 + OH- HCO8- + H2O reaksiyonunda
absorplanır.
KULLANIM ALANLARI
Tampon çözeltilerin kullanılma ve uygulanma alanları çok geniştir.
Biyokimyasal tepkimelerin çoğunda, tepkimenin istenen yönde yürümesi
için pH’ının sabit kalması gereklidir. Örneğin, kanda pH sabit tutmak
için diğer sistemlerin yanısıra karbonik asit – bikarbonat tamponu
bulunur. Laboratuvarda, anorganik ve organik kimyasal tepkimeler,
tepkimede harcanan veya oluşan asitlerin ve bazların yaz etkilerini
azaltmak için, gerektiği zaman tamponlanmış çözeltilerde yapılır.