Tampon Çözelti Nasıl Hazırlanır, Reaktifler ve İşlem Basamakları

Bir önceki yazımızda tampon çözeltinin ne demek olduğuna, kullanımı, uygulama alanlarıyla örnek sorulara değinmiştik bu makalemiz de de bir tampon çözelti nasıl hazırlanır onu anlatmaya çalıştık..

TAMPON ÇÖZELTİ HAZIRLAMAK

Bir zayıf asit ve tuzunu veya bir zayıf baz ve tuzunu içeren çözeltilere tampon çözeltiler denir. Bu çözeltiler, az miktarda katılan derişik asitleri ve bazları, pH'da önemli bir değişme olmadan nötralleştirirler. Uygun zayıf asitler veya bazlar ve tuzları seçilerek, bir çözelti herhangi bir pH'da tamponlanabilir.

Zayıf bir asit ile tuzu karıştırılarak pH<7 olan bir tampon çözelti elde edilir. Zayıf asit HA ve tuzu MA ile gösterilirse tampon çözeltide HA ve hem HA’nın hem de MA’nın iyonlaşmasından gelen A^- iyonu bulunur, fakat tuzdan gelen A^- yanında asitten oluşan A^- ihmal edilecek kadar azdır. Dolayısıyla zayıf bir asit ve tuzundan oluşan tampon çözelti HA ve A^- içerir ve çözeltiye H⁺ veya OH^- eklenirse aşağıdaki nötralleşme reaksiyonları görülür:

H⁺ + A^-  →  HA

OH^- + HA  →  H₂O + A^-

Asitli tampon çözeltiye örnek olarak asetik asit, HOAc (HA) ve sodyum asetat, NaOAc (MA) tamponu verilebilir.

H⁺ + AcO^-  →  HA

OH^- + HOAc  →  H₂O + A^-

Benzer şekilde, zayıf bir baz ile tuzu karıştırılarak pH>7 olan bir tampon çözelti elde edilir. Zayıf baz B ve tuzu BH⁺ ile gösterilirse tampon çözeltide B ve tuzdan gelen BH⁺ bulunur (bazdan oluşan BH⁺ ihmal edilecek kadar azdır) ve çözeltiye H⁺ veya OH^-  eklenirse aşağıdaki nötralleşme reaksiyonları görülür.

H⁺ + B  →  BH⁺

OH^- + BH⁺  →  H₂O + B

Bazlı tampon çözeltiye örnek olarak amonyak, NH₃ (B) ve amonyum klorür, NH₄Cl (BH⁺A^-) tamponu verilebilir.

H⁺ + NH₃  →  NH₄⁺

OH^- + NH₄⁺  →  H₂O + NH₃

Tampon çözeltinin pH’ı, kullanılan zayıf asit ve tuzunun derişimlerinden veya zayıf baz ve tuzunun derişimlerinden hesaplanabilir. İstenen pH’da bir tampon çözelti ise zayıf asit ve tuzunun veya zayıf baz veya tuzunun derişimleri ayarlanarak hazırlanabilir. Asitte tampon çözeltinin hazırlanması için kullanılan zayıf asit, HA eşitliği yazılabilir.

HA  ↔  H⁺ + A^-

K_a=[H⁺] [A^-] / [HA]

Bu eşitlikte, [HA], zayıf asidin derişimi, [A^-] ise tuzunun derişimi alınarak [H⁺] nın değeri ve pH bulunabilir. Bazlı tampon çözelti için zayıf baz, B ise eşitliği yazılabilir.

B + H₂O  ↔  BH⁺ + OH^-                       

K_b = [BH⁺] [OH^-] /[B]

[OH^-]’nin değeri ve pH bulunabilir, bu eşitlikte [B], zayıf bazın derişimi, [BH⁺] ise tuzunun derişimidir.

[H⁺]’nin değerinin negatif logaritması alınırsa

[H⁺] = K_a [HA]/[A^-]

-log [H⁺] = pK_a – log([HA]/[A^-])

           pH = pK_a + log ([A^-]/[HA])

           pH = pK_a –log ([asit] / [eşlenik baz])

           pH = pK_a  + log ([eşlenik baz] / [asit])

Elde edilir. Bu eşitlik Henderson-Hasselbalch eşitliği olarak bilinir ve tampon çözeltide asidin K_a sabiti (veya bazın K_b sabiti) ve [eşlenik baz] / [asit] oranı biliniyorsa tampon çözeltinin pH’sının bulunması için kullanılır. Asitli tampon çözelti için [eşlenik baz] / [asit] = [A^-]/[HA], bazlı tampon çözelti için [eşlenik baz] / [asit]  [B]/[BH⁺] olacaktır.

Genellikle bir tampon çözeltide [eşlenik baz] / [asit] oranı 10/1- 1/10 arsında olmalıdır. Bu derişim aralığı bir tampon çözelti için pH = pK_a ± 1 değerine karşılık gelir. pH’ı pK_a + 1 ve pK_a – 1 arasında olan tampon çözeltiler etkindir; en etkin tampon çözeltiler ise [baz]-[asit] oranının 1 olduğu yani pH = pK_a olan çözeltilerdir. Etkin tampon çözeltiler, katılacak asit veya baz miktarından az olmalıdır. Bir tampon çözeltinin pH’ından fazla değişme olmadan nötralleştirebildiği H⁺ veya OH^- iyonlarını derişimine tampon kapasitesi denir. Tamponun pH’ını [eşlenik baz ] / [asit] oranı, kapasitesini ise [eşlenik baz ] ve [asit] miktarı belirler.

Reaktifler

• 1.      Potasyum hidrojen ftalat çözeltisi (0.1 M)
• 2.      HCl çözeltisi (0.1 M)
• 3.      NaOH çözeltisi (0.1 M)
• 4.      KH₂PO₄ çözeltisi (0.1 M)
• 5.      Na₂B₄O₇.10H₂O çözeltisi (0.025 M)

İşlem:

Yukarıda verilen reaktifler kullanılarak tablodaki pH tampon çözeltiler sırayla hazırlanır. Hazırlanan tampon çözeltilerin pHs’ı, bir pH-metre cihazıyla kontrol edilir.

pH 2.2 - 4.00

(100 ml 0.1 M potassium hydrogen phthalate + 0.1 M HCl) → saf suyla 200 mL’ye tamamlanır.

pH	0.1M HCl
2.20	99.0
2.30	91.6
2.40	84.4
2.50	77.6
2.60	70.8
2.70	64.2
2.80	57.8
2.90	51.4
3.00	44.6
3.10	37.6
3.20	31.4
3.30	25.8
3.40	20.8
3.50	16.4
3.60	12.6
3.70	9.0
3.80	5.8
3.90	2.8
4.00	0.2

pH 5.8 - 8.00

(100 ml 0.1 M KH₂PO₄ + 0.1 M NaOH) → saf suyla 200 mL’ye tamamlanır.

pH	0.1M NaOH
5.80	7.2
5.90	9.2
6.00	11.2
6.10	13.6
6.20	16.2
6.30	19.4
6.40	23.2
6.50	27.8
6.60	32.8
6.70	38.6
6.80	44.8
6.90	51.8
7.00	58.2
7.10	64.2
7.20	69.4
7.30	74.0
7.40	78.2
7.50	82.2
7.60	85.6
7.70	88.4
7.80	90.6
7.90	92.2
8.00	93.4

pH 9.2 - 10.80

(100 mL 0.025 M Na₂B₄O₇.10H₂O (borax) + 0.1 M NaOH) → saf suyla 200 mL’ye tamamlanır.

pH	0.1M NaOH
9.20	1.8
9.30	7.2
9.40	12.4
9.50	17.6
9.60	22.2
9.70	26.2
9.80	30.0
9.90	33.4
10.00	36.6
10.10	39.0
10.20	41.0
10.30	42.6
10.40	44.2
10.50	45.4
10.60	46.6
10.70	47.6
10.80	48.5

 

Derleme:

1.      ‘Temel Üniversite Kimyası’ Prof. Dr. Ender ERDİK ve Prof. Dr. Yüksel SARIKAYA, Gazi Kitabevi, Ankara, 1997.

2.      ‘Standart Methods for the Examination of Water and Wastewater’, Sixteenth Edition, APHA, 1985.

3.      ‘Çevre Mühendisliği Ders Notlarım ( Environmental Enginneering My Struggle)’  Süleyman Çetin,  Bartın, 2013

4.      The Physical and Theoretical Laboratory, Oxford University.

5.      "Electrolyte solutions" Robinson, R. A., and Stokes, R. H., 2nd ed., rev. London, Butterworths, 1968.

6.      "Practical chemistry" J. Lambert and T.A. Muir, 3rd. Ed. Heineman, London.