If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Suyun Otoiyonizasyonu ve Kw

Suyun otoiyonizasyonunı, otoiyonizasyon sabiti Kw'yi ve sulu çözeltilerde [H⁺] ve [OH⁻] arasındaki ilişkiyi öğrenelim. 

Önemli noktalar

  • Su otoiyonizasyon geçirerek, H3O+ ve OH iyonlarını oluşturabilir.
  • Suyun otoiyonizasyon tepkimesinin denge sabiti (Kw), 25C'de 1014'tür.
  • Nötr bir çözeltide, [H3O+]=[OH]
  • Asidik bir çözeltide, [H3O+]>[OH]
  • Bazik bir çözeltide, [OH]>[H3O+]
  • 25C'deki sulu çözeltiler için, aşağıdaki ilişkiler daima doğrudur:
Kw=[H3O+][OH]=1014
pH+pOH=14
  • Suyun otoiyonizasyonunun, [H3O+] ve [OH]'e katkısı, aşırı seyreltik asit ve baz çözeltileri için önemlidir.

Su amfoteriktir

Su, asit-baz tepkimelerinde kullanılan en yaygın çözücülerden biridir. Brønsted-Lowry Asit Baz Teorisi ile ilgili bir önceki makalede açıkladığımız üzere; su ayrıca amfoteriktir yani Brønsted-Lowry asidi veya bazı olarak davranabilir.

1. Alıştırma: Bir tepkimede suyun rolünü belirleyelim

Aşağıdaki tepkimelerde suyun asit mi baz mı olduğunu ya da ikisi de olmadığını belirleyiniz.
1

Suyun otoiyonizasyonu

Asitler ve bazlar kendi aralarında tepkimeye girdiğinden bu, suyun kendisi ile tepkimeye girebileceği anlamına gelir! Bu, kulağa tuhaf gelse de, su molekülleri birbirleriyle küçük ölçüde proton alışverişine girdiğinde gerçekleşir. Bu olaya suyun otoiyonizasyonu ya da kendiliğinden iyonlaşması deriz.
Proton alışverişi, aşağıdaki dengelenmiş denklemle ifade edilebilir:
 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)
Bir su molekülü (turuncu küre) komşu su molekülüne bir proton verir. O su molekülü de protonu kabul ederek Bronsted-Lowry bazı gibi davranır. Bu tersinir asit-baz tepkimesinin ürünleri hidronyum ile hidroksittir.
Proton veren su molekülü Bronsted-Lowry asidi gibi davranırken; protonu alan diğer su molekülü de Bronsted-Lowry bazı gibi davranır. Bu hidronyum ve hidroksit iyonlarının 1:1 mol oranında ortaya çıkması ile sonuçlanır. Saf suyun her bir numunesinde, hidronyum (H3O+) ve hidroksit (OH) derişimi eşit olmalıdır:
[H3O+]=[OH]  saf suda
Bu sürecin tersinir olduğuna dikkatinizi çekmek istiyoruz. Su, zayıf bir asit ve zayıf bir baz olduğu için, hidronyum ve hidroksit iyonları iyonlaşmamış suya göre çok, çok küçük derişimlerde bulunur. Peki bu derişimler, ne kadar küçüktür? Haydi bu tepkime için özel sembolü (Kw) olan denge sabitini (otoiyonlaşma sabiti de denir) inceleyelim.

Otoiyonizasyon sabiti (Kw)

Otoiyonizasyon sabiti aşağıdaki gibi ifade edilir:
Kw=[H3O+][OH](Denklem 1)
Denge ifadelerini yazarken, katıların ve sıvıların konsantrasyonlarının dahil edilmediğini aklımızdan çıkarmamalıyız. Bu nedenle, Kw ifademiz, saf bir sıvı olan suyun konsantrasyonunu içermez.
Suyun pH'ıyla bağlantılı olan [H3O+]'yı kullanarak, 25C'deki Kw değerini hesaplayabiliriz. 25C'de, saf suyun pH7'dir. Buna göre, saf sudaki hidronyum iyonlarının konsantrasyonunu hesaplayabiliriz:
[H3O+]=10pH=107 M   25C'de
Son bölümde suyun otoiyonizasyonu sırasında hidronyum ve hidroksitin 1:1 mol oranında oluştuğunu görmüştük. Bu ilişkiyi, 25C'deki saf suyun hidroksit derişimini hesaplamak için kullanabiliriz:
[OH]=[H3O+]=107 M   25C'de
Bunu gözünüzde canlandırmak biraz zordur, ancak 107 son derece küçük bir sayıdır. Bir su numunesinde, su moleküllerinin sadece küçük bir oranı iyonlaşmış formda olacaktır.
[OH] ve [H3O+] değerlerini bildiğimize göre, 25C'de Kw'yu hesaplamak için denge ifademizde bu değerleri kullanabiliriz:
Kw=(107)×(107)=1014  at 25C
Kavram kontrolü: 25C'deki bir litre suda kaç tane hidroksit ve hidronyum iyonu bulunur?

Otoiyonizasyon sabiti, pH ve pOH arasındaki ilişki

Kw'nun 25C'de 1014'e eşit olduğu gerçeği, ilginç ve yararlı yeni bir denklem elde etmemizi sağlar. Eğer önceki bölümdeki Denklem 1'in iki tarafının da negatif logaritmasını alırsak, aşağıdaki denklemi elde ederiz:
logKw=log([H3O+][OH])=(log[H3O+]+log[OH])=log[H3O+]+(log[OH])=pH+pOH
logKw'yu pKw şeklinde kısaltabiliriz, bu 25C'de 14'e eşittir:
pKw=pH+pOH=14  25Cde(Eq. 2)
Buna göre, 25C'deki herhangi bir çözelti için pH ve pOH'ın toplamı daima 14 olacaktır. Kw sıcaklığa bağlı olduğundan, bu ilişkinin başka sıcaklıklarda geçerli olmayacağını sakın aklınızdan çıkarmayın!

1. Örnek: pH'tan [OH]'yi hesaplayalım

Bir çözeltinin, 25C'deki pH10'dur.
Çözeltideki hidroksit iyonlarının derişimi nedir?

1. Yöntem: Denklem 1'i kullanalım

Bu problemi çözmenin yollarından birisi, öncelikle pH'ı kullanarak [H+] değerini bulmaktır:
[H3O+]=10pH=1010M
Denklem 1'i kullanarak [OH] değerini hesapladığımızda:
Kw=[H3O+][OH]   [OH]değerini bulmak için yeniden düzenleyin [OH]=Kw[H3O+] Kwve [H3O+] değerlerini yerleştirin=10141010=104 M

2. Yöntem: Denklem 2'yi kullanalım

[OH] değerini hesaplamanın bir başka yolu, çözeltinin pOH değerini kullanmaktır. Denklem 2'yi kullanarak, çözeltinin pOH değerini, pH'dan hesaplayabiliriz. Denklem 2'yi yeniden düzenleyerek ve pOH için çözerek aşağıdaki sonuca ulaşırız:
pOH=14pH=1410=4
Şimdi, [OH] değerini bulmak için pOH denklemini kullanabiliriz.
[OH]=10pOH=104 M
Çözmek için hangi yöntemi kullanırsak kullanalım, 25C'de pH10 olan bir çözeltinin hidroksit konsantrasyonu 104 M'dır.

Asidik, Bazik ve Nötr Çözeltilerin Tanımları

Saf suda H3O+ ve OH konsantrasyonlarının eşit olduğunu gördük. Bunların ikisinin de değeri, 25C'de 107 M'dir. Hidronyum ve hidroksitin konsantrasyonları eşit olduğunda, çözeltinin nötr olduğunu söyleriz. H3O+ ve OH'nin göreli konsantrasyonlarına bağlı olarak, sulu çözeltiler, asidik veya bazik olabilir.
  • Nötr bir çözeltide, [H3O+]=[OH]
  • Asidik bir çözeltide, [H3O+]>[OH]
  • Bazik bir çözeltide, [OH]>[H3O+]

2. Alıştırma: Suyun 0C'deki pH'ını hesaplayalım

0C'deki saf su numunesinin pKw'su 14,9 ise, bu sıcaklıktaki saf suyun pH'ı nedir?
1 cevap seçin:

3. Alıştırma: 40C'de pKw'yu hesaplayalım

40C'deki saf suyun pH6,75 olarak ölçülmüştür.
Bu bilgiye göre, 40C'de suyun pKw'su nedir?
1 cevap seçin:

Otoiyonizasyon ve Le Chatelier İlkesi

Ayrıca, saf suda hidroksit ve hidronyum konsantrasyonlarının eşit olduğunu da biliyoruz. Bununla birlikte, çoğu zaman, diğer asitleri ve bazları içeren çözeltileri incelemek daha çok ilgimizi çeker. Bu durumlarda, [H3O+] ve [OH] değerleri nasıl değişir?
Diğer asit ve bazları suda çözündürdüğümüzde [H3O+] ve/veya [OH] derişiminin Kw'ye eşit olmayacak şekilde değiştiğini görebiliriz. Bu, tepkimenin artık dengede olmadığı anlamına gelir. Buna karşın Le Chatelier ilkesi, bize tepkimenin derişimdeki değişime karşı koymak ve yeni bir denge kurmak için değişeceğini söyler.
Örneğin, saf suya bir asit eklersek ne olur? 25C'deki saf suyun hidronyum iyonu konsantrasyonu 107M olmakla birlikte, eklenen asit H3O+ konsantrasyonunu yükseltir. Tekrar dengeye gelmek için, tepkime, fazla olan H3O+'nın bir kısmını kullanmak için ters tepkime yönünü tercih edecektir. Bu, [H3O+] ve [OH] çarpımı bir kez daha 1014'e eşit olana kadar, OH konsantrasyonunun azalmasına yol açar.
Tepkime yeni denge durumuna ulaştığında, aşağıdaki doğrudur:
  • [H+]>[OH], çünkü eklenen asit [H+] değerini arttırdı. Bu da, çözeltinin asidik olduğu anlamına gelir!
  • [OH]<107M, çünkü tepkimeyi tersine çevirme eğilimi denge durumuna dönmek için [OH] değerini azalttı.
Hatırlanması önemli olan şey, tüm sulu asit-baz tepkimeleri, suyun otoiyonizasyonu için denge derişimlerinin değiştirilmesi olarak tarif edilebilir. Ve bu; Denklem 1 ve Denklem 2'yi sadece saf suya değil, tüm sulu asit-baz tepkimelerine uygulayabileceğimiz anlamına geldiği için oldukça faydalıdır.

Otoiyonizasyon, Çok Seyreltik Asit ve Baz Çözeltileri İçin Önemlidir

Suyun otoiyonizasyonu, genellikle asitler ve bazları ilk kez öğrenirken tanıtılır ve bu makalede incelediğimiz son derece kullanışlı denklemleri türetmek için kullanılır. Ancak, biz sulu çözeltiler için [H+] ve pH'ı hesaplarken suyun otoiyonizasyonundan gelen katkıyı dahil etmeyeceğiz. Bunu yapabilmemizin sebebi suyun otoiyonizasyonunun, genellikle ilave asit ve bazlara nazaran, [H+] veya [OH]'e daha az iyon katmasıdır.
Suyun otoiyonizasyonunu aklımıza getirmemiz gereken tek durum, asit ve bazın konsantrasyonlarının son derece seyreltik olduğu durumdur. Bu, H+ ya da OH konsantrasyonlarının, 107M'a 2 büyüklük düzeyinde yakın olduğunda (ya da küçük olduğunda) suyun otoiyonizasyon katkısını dahil etmemiz gerektiği anlamına gelir. Şimdi, çok seyreltik bir asit çözeltisinin pH'ını hesaplayacağımız bir örnek görelim.

2. Örnek: Çok seyreltik asidik bir çözeltinin pH'ını hesaplayalım

Haydi 6.3×108M HCl çözeltisinin pH'ını hesaplayalım. HCl suda tamamen ayrışır, yani HCl'den dolayı çözeltideki hidronyum iyonlarının derişimi de 6.3×108M'dir.

Deneme 1: Suyun otoiyonizasyonunu göz ardı edelim

Eğer suyun otoiyonizasyonunu göz ardı eder ve basitçe pH formülünü kullanırsak, aşağıdaki sonucu elde ederiz:
pH=log[H+]=log[6,3×108]=7,20
Kolay! pH7'den büyük olan sulu asidik bir çözeltimiz var. Ama, bir dakika... Bu onu bazik bir çözelti yapmaz mı? O halde, bu doğru olamaz!

Deneme 2: Suyun [H+] 'a otoiyonizasyonundan gelen katkıyı ekleyelim

Çözeltinin konsantrasyonu, son derece seyreltik olduğu için hidronyumun hidroklorik aside göre derişimi, [H+]'in suyun otoiyonizasyonuna olan katkısına yakındır. Bu da şu anlama gelmektedir:
  • [H+]'a otoiyonizasyondan gelen katkıyı eklemeliyiz.
  • Suyun otoiyonizasyonu, dengede bir tepkime olduğu için [H+] değerini, Kw'nin ifadesini kullanarak bulabiliriz:
Kw=[H+][OH]=1,0×1014
Eğer x'e, otoiyonizasyonun, H+ ve OH'in dengedeki konsantrasyonuna katkısı dersek, dengedeki konsantrasyonları aşağıdaki gibi ifade edebiliriz:
[H+]=6,3×108M+x
[OH]=x
Bu konsantrasyonları denge ifademize koyduğumuzda, aşağıdaki denklemi elde ederiz:
Kw=(6,3×108M+x)x=1,0×1014=x2+6,3×108x
Bu ifadeyi her şey 0'a eşit olacak şekilde yeniden düzenlemek, aşağıdaki ikinci dereceden denklemi verir:
0=x2+6,3×108x1,0×1014
İkinci dereceden denklem formülünü kullanarak x'i bulduğumuzda, aşağıdaki çözümleri elde ederiz:
x=7,3×108M,1,4×107M
OH konsantrasyonu negatif olamayacağı için, ikinci çözümü eleyebiliriz. Eğer H+'nın denge konsantrasyonunu elde etmek için x'in ilk değerini denkleme koyar ve pH'ı hesaplarsak, aşağıdaki sonucu elde ederiz:
pH=log[H+]=log[6,3×108+x]=log[6,3×108+7,3×108]=log[1,36×107]=6,87
Bu şekilde suyun otoiyonizasyonunu hesaba kattığımızda çok seyreltik HCl çözeltisinin zayıfça asidik bir pH'a sahip olduğunu görebiliriz. Oh be!

Özet

  • Su otoiyonizasyon geçirerek, H3O+ ve OH iyonlarını oluşturabilir.
  • Suyun otoiyonizasyon tepkimesinin denge sabiti (Kw), 25C'de 1014'tür.
  • Nötr bir çözeltide, [H3O+]=[OH]
  • Asidik bir çözeltide, [H3O+]>[OH]
  • Bazik bir çözeltide, [OH]>[H3O+]
  • 25C'deki sulu çözeltiler için, aşağıdaki ilişkiler daima doğrudur:
Kw=[H3O+][OH]=1014
pH+pOH=14

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.