Asit-Baz ve pH Hesap Makinesi

Bir asit proton (H⁺) verendir, bir baz proton alandır — Brønsted–Lowry tanımı, bu sayfadaki her panelin kullandığı tanım. Sirke (asetik asit) suya bir proton verir; amonyak bir tane alır ve amonyum olur. Her asit, protonunu verdikten sonra geride kalan türle eşleşir: bu çift — asetik asit CH₃COOH ile asetat CH₃COO⁻, ya da amonyum NH₄⁺ ile amonyak NH₃ — bir konjuge asit–baz çiftidir ve tampon ve titrasyon kimyasının tamamı bu çiftlerin muhasebesidir.

[H⁺], akü asidi ile çamaşır suyu arasında on dördün üzerinde on kuvveti kapladığından, kimyagerler onu sıkıştırır: pH = −log₁₀[H⁺]. Su kendisi de az miktarda ayrışır, 25°C'de [H⁺][OH⁻] = K_w = 1,0×10⁻¹⁴, bu yüzden pH + pOH = 14'tür: birini yükseltirseniz diğeri aynı miktarda düşer. Nötr basitçe [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ demektir, bu yalnızca 25°C'de pH 7'dir — sıcak saf su 7'nin biraz altındadır ve yine de tamamen nötrdür. Sayfanın yeniden üretebildiği bir ölçek kontrolü olarak: pH 3,5 (kabaca portakal suyunun asitliği) [H⁺] = 3,16×10⁻⁴ mol/L'ye karşılık gelir.

HCl gibi güçlü asitler neredeyse tamamen ayrışır — suya dökün ve neredeyse her molekül protonunu verir. Zayıf asitler bir denge ulaşır: HA ⇌ H⁺ + A⁻, K_a = [H⁺][A⁻]/[HA] ile tanımlanır. Asetik asidin K_a = 1,8×10⁻⁵ değeri vardır ve genellikle pK_a = 4,74 olarak verilir (pH ile aynı −log hilesi). Yararlı kısım eşleşme kuralıdır: bir konjuge çift için K_a × K_b = K_w, bu yüzden daha güçlü bir asidin konjuge bazı otomatik olarak daha zayıftır. Zayıf asetik asidin eşi olan asetat, K_b = 5,6×10⁻¹⁰ (pK_b = 9,26) ile çok zayıf bir bazdır — her iki dönüşüm de yukarıdaki Ka ve Kb panelinde çalışır.

Tampon, karşılaştırılabilir miktarlarda bulunan zayıf bir asit ve onun konjuge bazıdır. Eklenen H⁺, A⁻ tarafından yenir; eklenen OH⁻ ise HA tarafından yenir; her iki durumda da oran neredeyse hiç değişmez, bu yüzden pH de neredeyse hiç değişmez. Muhasebe pH = pK_a + log₁₀([A⁻]/[HA]) biçiminde sadeleşir. İki derişim eşit olduğunda pH tam olarak pK_a'ya eşittir ve oranın her on katlık kayması pH'ı tam olarak bir birim kaydırır — 1:10 örnek düğmesi, pK_a'sı 4,76 olan bir asetat tamponu için pH 5,76 verir. Güvenilir tamponlama yalnızca pK_a ± 1 aralığında (oran 0,1–10) geçerlidir, bu yüzden bir tampon seçmek, pK_a'sı hedef pH'ınıza yakın olanı seçmek demektir. Kan bunun en iyi örneğidir: bikarbonat/CO₂ çifti plazmayı 7,35–7,45 arasında tutar ve enzimler bu aralığın dışında çalışmayı bırakır.

Bir aside güçlü baz eklemek [A⁻]/[HA] oranını sürekli değiştirir ve eğri, Henderson–Hasselbalch denkleminin çizilmiş hâlidir. Başlangıçta tampon bazı emer ve pH yavaşça sürünür — düz bölge. Eşdeğerlik noktasında baz asit molleriyle tam olarak eşleşir; orada eğri neredeyse dikeydir, bu yüzden bu nokta titrasyonun sonunu işaretler. Tam yarısında [A⁻] = [HA] olur, bu yüzden pH pK_a'ya eşittir — bir eğriden pK_a ölçmenin standart yolu. Güçlü asit + güçlü baz pH 7'de buluşur, ama zayıf asit + güçlü baz 7'nin üzerinde biter (varsayılan asetik asit örneği için 8,7 civarında), çünkü balonda kalan şey zayıf bir bazdır.

• Güçlü, derişik demektir. Hayır — güç, bir asidin ne kadar tamamen ayrıştığıdır; derişim ise ne kadarının bulunduğudur. 0,001 M HCl seyreltik bir güçlü asittir; buzlu asetik asit ise derişik bir zayıf asittir.
• Nötr her zaman pH 7'dir. Yalnızca 25°C'de, burada K_w = 10⁻¹⁴. Nötr, [H⁺] = [OH⁻] demektir, hepsi bu.
• pH 0 ve 14'te durur. Bunlar yalnızca 25°C su ölçeğinin sınırlarıdır. 12 M HCl yaklaşık pH −1'dedir ve derişik NaOH 14'ü aşar.
• Zayıf asidin pH'ı, derişiminin −logaritmasıdır. Bu kısayol yalnızca güçlü asitler için çalışır. Zayıf bir asidin pH'ı K_a değerini de gerektirir, çünkü moleküllerin çoğu hiç ayrışmaz.

İlgili araçlar: Kimyasal Denge (K_a gibi denge sabitlerinin nereden geldiği), Spektroskopi (ışıkla derişim ölçümü) ve Biyo Hesap Makineleri (mikromolar birimlerde tampon tarifleri).