I. I. BAZLAR

I. I. A. BAZIN TANIMI, BULUNUŞU, ELDESİ VE ÖZELLİKLERİ

Baz kavramı, her zaman, asit kavramına bağlı kalmıştır. Baz, asidin karşıtıdır; ama baz olmadan hiçbir asit tepkimesi gerçekleşemez. Bazların asitlerle tepkimeye girmesiyle, gene önemli bir bileşik sınıfı olan tuzlar ve su oluşur. Bu bir nötrleşme (yansızlaşma) tepkimesidir; çünkü tepkime ürünü olan tuz artık ne asit, ne de baz özelliği taşıyan nötr ya da yansız bir bileşiktir.

1887’de Svante Arrhenius, sulu bir çözeltide iyonun var olduğu kuramını açıklarken, asit çözeltilerinin H ⁺ iyonları, baz çözeltilerinin de OH ^- iyonları içerdiğini belirtmişti.1923’te Brönsted ve Lowry birbirlerinden bağımsız olarak, ama, aynı zamanda, daha genel bir tanım önerdiler: Asit, kimyasal tepkime sırasında, her zaman, bir proton vermeye elverişliyse, baz da bu protonun alıcısıdır. Bir maddenin baz olabilmesi için protonu “bağlayacak”, her hangi bir kimyasal bağda kullanılmamış bir elektron çifti taşıması gerekmektedir. Ama, yitirilecek protonu olduğu sürece asit olan madde, bu protonu yitirdiği an baza dönüşür. Gerçekten, protonunu yitiren asitte bir elektron çifti kalır. Asit – baz tepkimesi kavramına, “asit- baz çifti” ya da “aside eşlenik baz kavramı” eklenir. Böylece asetik asit (CH ₃ – COOH), asetat iyonunu (CH ₃ – COO) ya da eşlenik bazlarını karşılar. Amonyak (NH ₃ ) da, NH ₄ ⁺ asidinin karşıladığı bazdır.

NH ₃ + H ₂ O D NH ₄ ⁺ + OH ^-

Baz bir molekül (CH ₃ – NH ₂ ya da metilamin ), ya da OH ^- , CH ₃ – COO ^- gibi bir anyon olabilir. Bu asit- baz tepkimeleri, proton aktarımlarına dönüşürler. 1938’te, Lewis bu kuramı, asidin, bazın verdiği elektron çiftinin alıcısı olduğunu belirterek genelleştirmiştir. Bu durumda bir kovalans bağ oluşur. Ama bu sonuncu tanım, Brönsted’in baz tanımına yeni bir şey eklemez.

ASİT – BAZ TEPKİMESİ (BRÖNSTED)

B + AH u BH + A

baz asit asit baz

Bazlar genel olarak molekülünde bir hidroksil grubu (OH ) ile en az bir metal atomu bulunan bileşikler olarak tanımlar; bu nedenle kimyasal açıdan metal hidroksitleri sayılır. Bunların çoğu suda çözünmeyen katı bileşiklerdir. Oysa bazıları, örneğin metal atomları içermeyen amonyağın (NH ₃ ) ve sodyum, potasyum gibi alkali metallerin hidroksitleri suda kolayca çözünür. Sanayi açısından büyük bir önem taşıyan bu bazlara alkaliler denir. Alkali terimi , “kül” anlamındaki Arapça bir sözcükten türetilmiştir. Çünkü bu bileşikler eskiden odun ve bitki küllerinden elde edilirdi. Gerçekten de alkalilerin küllü suyu andıran kendine özgü, acımsı bir tadı vardır. Bu çözeltiler deriye kaygan bir izlenim bırakır ve baz belirteci olarak kullanılan kırmızı turnusol kağıdının rengini maviye dönüştürür.

Kostik (yakıcı) alkali denen en kuvvetli bazlar, büyük bir dikkatle ve sakınılarak kullanılması gereken çok tehlikeli maddelerdir. İnsanın üzerine sıçradığında giysilerini parçalayan ve derisini ateş ve kaynar su gibi yakan bu maddelerin kazayla yutulması da yemek borusunun ve midenin delinmesiyle, hatta ölümle sonuçlanan ağır yanıklara yol açar. Sanayide çok önemli uygulamaları olan bu bileşikler arasında en çok kullanılanları sodyum hidroksit (sudkostik ) potasyum hidroksit (potas kostik) kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç ) ve amonyum hidroksittir. (amonyaklı su)

En önemli alkalilerden biri olan sudkostik beyaz renkli bir bileşiktir. Ya ince levha ve çubuklar halinde katı olarak ya da suda eritilerek sıvı halde satışa sunulur. Sabun yapımında ve reyon denilen yapay ipekli kumaşların üretiminde çok önemli bir ham madde olan sudkostik, ayrıca pamuk ipliklerine sağlamlık ve parlaklık kazandırmak amacıyla pamuklu dokuma sanayisinde de kullanılır.

Potaskostiğin sanayideki en önemli kullanım alanı arap sabunu ve öbür temizlik maddelerinin üretimidir. Sönmüş kireçten inşaat sanayisinde sıva, çimento ve badana yapımında, ayrıca asitli toprakları nötrleştirmek için tarımda yararlanılır. Yaygın ama yanlış bir adlandırmayla kısaca amonyak olarak bilinen amonyaklı su evlerde en çok kullanılan temizlik maddelerinden biridir. Bütün yağ ve kirleri çözen bu bileşik özellikle banyo küveti, lavabo ve cam temizleyicileri bileşimine katılır. Gene kısaca karbonat tozu olarak ya da karbonat olarak bilinen sodyum di karbonat oldukça zayıf bir alkalidir. Kabartma tozlarının ve bazı köpüklü içeceklerin yapımında kullanılır; midedeki fazla asidi giderdiği için mide yanmalarına ve arı sokmasından dolayı meydana gelen ağrıya karşı etkilidir.

Dünyanın bir çok yerinde, özellikle ABD’nin batısında alkali topraklar denen geniş topraklar vardır. Bu bölgelerde çok az yağmur yağdığı için, çözünebilen tuzlar yağmur suyuna karışarak akıp gitmez ve alkaliler toprakta birikir. Alkali oranı çok yüksek olan topraklarda pek az bitki ve hayvanın yaşama şansı olduğundan, sonunda bu bölgeler çorak alanlara dönüşür.

NASIL HAZIRLANIRLAR?

Bazlar çeşitli yollarla hazırlanır. Bu yöntemlerin başlıcaları arasında, NaOH ve KOH için alkali klorürlerin elektroliz yoluyla ayrışmaları amonyağın (NH ₃ )doğrudan bileşimi kireç ve barit için, suyla “söndürmeyle” süren karbonatların ısıl- bozulmaları (piroliz) sayılabilir.

Bazlar çeşitli alanlarda kullanılmalarının yanı sıra bir ortamın PH’ını yükseltir ve ester hidrolizi tepkimelerini sonuçlandırır.

I. II. ASİTLER

I. II. A. ASİTİN TANIMI, BULUNUŞU, ELDESİ VE ÖZELLİKLERİ

Kimyada turnusolün mavi rengini kırmızıya dönüştürme özelliği taşıyan hidrojenli bileşiklere “asit” denir. Ayrıca “asit” suda çözündüğünde H ⁺ iyonları veren hidrojenli kimyasal bir türdür. Asitler: kimi metallerle (örn:demir) tepkimeye girerek hidrojen açığa çıkarırlar; bazlarla tepkimeye girip, bileşimlerindeki hidrojenin, yerine maden alarak, tuzları meydana getirirler; bazı kimyasal tepkimeleri ise hızlandırırlar. (asit katalizi)

Sirke bir başka deyişle asetik asit, XIII.yy’da kadar bilinen tek asitti. Günümüzde kimya sanayisinin büyük bölümü, az sayıda asidin, (sözgelimi sülfürik, nitrik, asetik ve hidroklorik asitler ) üretime ya da kullanıma dayanır.

Eskiden tadı ekşi olan, suda eriyebilen, sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH) gibi alkali özellik gösteren maddelere karıştırılınca, bu alkali özellikleri gideren, mavi turnusol kağıdının rengini kırmızıya çeviren her madde asit sayılırdı. Ancak, şapın ve daha birkaç maddenin asitlikle hiç ilgileri olmadığı halde aynı özellikleri taşıdıkları anlaşılınca bu sayılan özelliklerin asitleri tanımlamaya yeterli olmadığı anlaşıldı.

Fransız kimyager Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) elementlerin havada yanarak meydana getirdikleri oksitlerin, su ile birleşince, asitleri meydana getirdikleri sonucuna varmıştı. Örneğin; SO ₂ +H ₂ O H ₂ SO ₃ (sülfürüz asit) gibi. Dolayısıyla asitlerin özelliklerinin içlerindeki oksijenden ileri geldiği görünüşünü savunuyordu. Bunun sonucu olarak, oksijene gereğinden fazla önem vermişti. Gel gelelim, hidroklorik asit (HC1) ,v.b. gibi oksijensiz asitlerin varlığı ortaya çıkınca Lavoisier ‘nin kuramı da değerini yitirdi.; oksijenli asitler, “oksi asitler “ adı altında, ötekilerden ayırt edilmeye başlandı. Daha sonra İngiliz bilgini Humphrey Devy (1778 – 1829), asit özelliği gösteren maddelerdeki özelliklerin, içlerindeki oksijenden değil, hidrojenden ileri geldiğini öne sürdü. 1887’de Svante Arrhenius, asitlerin, bazların ve tuzların sudaki çözeltilerin elektriksel davranışlarını açıklamak için bir iyon ayrışması kuramı geliştirdi. Elektrolit adını verdiği maddeleri şöyle tanımladı: erimiş ya da suda çözünmüş bu maddeler, elektriği iletir ve elektrik onları ayrıştırır. Asitler H ⁺ iyonları veren elektrditlerdir; bazlarsa tersine OH ^- hidroksil iyonları oluşturur.

Asetik asit… (CH ₃ COOH) molekülü koyu mavi küreler karbonu,açık mavi olanlar hidrojeni, pembeler ise oksijeni gösterir.

Çizim-1

Bir su molekülünün oluşumu güçlü asit ve zayıf asit

(çizim 2)

bir metalin çözünmesi (çizim-3)

8

Arrhenius kuramı, yalnızca sulu çözeltiler için geçerlidir. Oysa 1923’te Johannes Nicolaus Brönsted kullanılan çözücü ne olursa olsun H ⁺ iyonu rolünü açıklayan yeni bir tanım önermiştir. Brönsted’e göre asit, bir H ⁺ iyonu bırakmaya elverişli bir maddedir. Bazsa, söz konusu iyonu alan maddedir; dolaysıyla, eşlenik asit – baz çifti ortaya çıkar.

Asit Baz + H ⁺

Aynı yıl Gilbert Newton Lewis ( 1875 – 1946) yansızlaştırmayı, renkli ayıraçların tepkimelerini ve katalizi ölçüt alarak, asit özelliklerini gösteren bütün maddeleri bir küme içinde toplamaya ve elektron yapılarında ortak bir özellik bulmaya çalışmıştır. Asitler, bazların verdiği elektron çiftini alan ve ortak bir birleşme bağı oluşturan maddelerdir. Bütün Brönsted asitleri bu tanıma girer. ( H ⁺ ) iyonu bir elektron çifti alabilir, ama bu tanıma AlC ₁₃ , SO ₃ vb maddeleri de eklemek gerekir. Brönsted kuramı hidrojenli asitler için kullanılır, dolayısıyla Lewis asitleri söz konusudur.

Başlıca mineral asitler arasında nitrik asit ( HNO ₃ ), sülfürik asit ( H ₂ SO ₄ ) ve hidroklorik asit (HCl) sayılabilir. İki H ⁺ iyonu açığa çıkarılabilen sülfürik asit, bir di asit oluşturur. Fosforik asitse (H ₃ PO ₄ ) bir triasittir, yani üç H ⁺ iyonu açığa çıkarır. Kimya sanayisinde büyük ölçüde üretilen ve tüketilen bu asitler, gübre ( nitratlar ve fosfatlar), plastik madde, boya, patlayıcı, parfüm, ilaç sanayisi ürünleri vb. üretiminde ya ham maddeyi ya da ara maddeyi oluştur. Organik asitler, organik kimyayı ilgilendirir ve en az bir karboksil kökü (-COOH) içerirler; aralarında, temel biyokimyasal, maddelerin bileşenlerini oluşturan aminoasitlerin ve yağ asitlerinin de yer alması nedeniyle, çok büyük önem taşırlar.

NASIL ELDE EDİLİR?

Hangi asit elde edilmek isteniyorsa, o asidin tuzu alınır; elde edilecek asitten daha az uçucu olan başka bir asitle işlenir. Örneğin;

NaCl + H ₂ SO ₄ NaHSO ₄ + HCl

Her asidin kendine özgü elde ediliş yolları vardır. Asitler adlandırılırken, asitler ki esas elemanın sonuna “ik” eki eklenir; bunun yanında da asit kelimesi konur. Teknikte, kimyada en çok kullanılan başlıca asitler şunlardır;

Asitlerin başlıca özelliği; saf olmayan madenlerle alkalileri etkilemeleri, her ikisiyle birleşince de tuzları meydana getirmeleridir.

Bir asit molekülünde kaç hidrojen iyonu varsa ya da başka bir deyişle bir asitte metallerle yer değiştirme özelliği taşıyan kaç hidrojen bulunuyorsa, o asit o sayı kadar değerlidir. Bir değerli bir asit bir çeşit tuz iki değerli asit iki çeşit tuz, üç değerli asit üç çeşit tuz verebilir.

II.SÜLFÜRİK ASİT

II.I.A H ₂ SO ₄ ELDESİ

Arı sülfürik asit (H ₂ SO ₄ ) 10 ^o c’ta katılaşan renksiz, kokusuz kıvamlı bir sıvıdır. Formülü H ₂ SO ₄ olan sülfürik asit, ısıtıldığında, 290 ^o c’ta kaynamaya ve aynı sıcaklıkta da ayrışmaya başlar.

Sülfürik asit üretimi kimya sanayisinin en önemli işlemlerinden biridir ve iki ayrı metoda göre gerçekleştirilir. Sanayide, ya kontak metoduna göre hazırlanan SO ₃ ‘den, yahut da kurşun odalar metoduna göre SO ₂ ‘den hazırlanır.

Kontak metodu: yüksek gerilimli kutuplar arsına gönderilerek dumandan, özellikle AS ₂ O ₃ dumanından kurtarılan, SO ₂ gazı oksijen ile karıştırılır ve sıcakta katalizörden geçilir:

2SO ₂ + O ₂ D 2SO ₃ + 46kcal

katalizör dengenin konumunu değiştirmez., dengeye çabuk varılmasını sağlar. Katalizör olarak ince dağılmış platin (platinli asbest) kullanılabilir. Platin zamanla zehirlenerek etkisini kaybettiğinden ve pahalı olduğundan günümüzde yerini vanadyum pentaoksit ‘e ( V ₂ O ₅ ) bırakmıştır. İki yönlü olan bu eksoterm reaksiyon, sıcaklık derecesinin artırılması ile sola kayacağından (600 ^o de SO ₃ ’ün %24’ünü SO ₂ ’ye parçalanır.), soğukta ise yavaş yürüyeceğinden ortalama en uygun şart olarak, 400 ^o – 450 ^o de yapılır. Böylece SO ₂ nin %98 i SO ₃ haline geçer. İçinde SO ₃ bulunan gaz karışımı suya gönderirse büyük bir sis tabakası dışarı yayılır, yani su, sülfürik asit çözeltisi haline gelmez. Kükürt trioksidin suya karşı çok düşkün olması ilk bakışta bağdaşmayan bu olayın nedeni şudur; suya girer girmez gaz kabarcığı içinde H ₂ SO ₄ damlacıkları oluşmuştur. Bunların kinetik hareketleri çok yavaştır, kabarcık içinin gaz fazından sıvı sınırına ulaşmadan atmosfere çıktıkları görülür. Bunun için kükürt trioksit H ₂ SO ₄ içine gönderilir. Burada gaz kabarcığı içinde SO ₃ molekülleri vardır. Moleküllerin çok hızlı kinetik enerjileri dolayısıyla kükürt trioksidin çözünmesi yani

SO ₃ + H ₂ SO ₄ ” H ₂ S ₂ O ₇ reaksiyonu daha kabarcık atmosfere çıkmadan gerçekleşir ve dumanlı sülfürik asit denen %40 – 60’lık bir çözelti meydana gelir. Sonradan dumanlı sülfürik asit su ile seyreltilerek istenen konsantrasyonda sülfürik asit hazırlanır.

Kurşun odalar metodu (azot oksitleri yöntemi): Bu işlem kükürt dioksit gazının sulu ortamda havayla yükseltgenmesi ilkesine dayanır; tepkime, katalizör olarak kullanılan azot oksitlerle hızlandırılır.

SO ₂ + ½ O ₂ + H ₂ O ” H ₂ SO ₄

Kükürt dioksit, azot oksit, hava ve su buharı birbirleri ile karşılaştıkları zaman özetle şu reaksiyonlar oluşur:

NO + ½ O ₂ ” NO ₂ ( gaz fazında )

SO ₂ + NO ₂ + H ₂ O ” H ₂ SO ₄ + NO (başlıca sıvı bazda)

Görüldüğü gibi olay heterojendir. Fazlar arası yüzeyi geliştirmek için eskiden duvarları kurşun levhalarla kaplı büyük odalar gerekli sayılmıştı. Bugün ki modern fabrikalarda sıvı ve gaz fazlar durmadan karşılaştırılarak daha küçük hacimlere inilmiştir.

Odalarda yeteri kadar su buharı yoksa nitrozil bisülfat billurları ortaya çıkar, su eksikliği giderilince bu billurlar kaybolur:

2SO ₂ + 3NO ₂ + H ₂ O ” 2[ HO – SO ₂ – O ] ^- [ | N ≡ O | ] ⁺ +NO

2[HO – SO ₂ – O ] [NO] + H ₂ O ” 2H ₂ SO ₄ + NO ₂ + NO

azot monoksit katalizördür, oksijen taşır, reaksiyon ortamına yeniden geri dönmesi Gay – Lussac ve Glover kuleleri ile sağlanır. İçi taşlarla dolu Gay – Lussac kulesinden kurşun odalarının gaz karışımı aşağıdan yukarıya, derişikçe sülfürik asit, yukarıdan aşağıya doğru geçirilir. Azot oksitler bu ters akımda sülfürik asitte, belki nitrozil bisülfat halinde çözünürler. Kulenin dibinde toplanan bu çözeltiye nitrozlu sülfürik asit denir. Glover kulesi kurşun odalardan önce yer alır. Nitrozlu sülfürik asit bir miktar odalar asidi ile karıştırıldıktan sonra Glover kulesinde yukarıdan aşağıya doğru aktarılır. Çok sıcak olan kükürt dioksit ve hava karışımı ters yönden gider ve azot oksitleri gaz fazına geçirir.

“Kurşun odalar” metodunda %60 – 70’lik sülfürik asit yapılır. Her hangi bir sülfürik asit çözeltisi distillenirse kaynama noktası %98’lik azeotropik karışımınkine varıncaya kadar artar. (338 ^o ) saf G ₂ SO ₄ 1.84 gr/ml yoğunluğundadır, zayıf iletkendir., suda kolay çözünür, 10.5 ^o ’de donar, 340 ^o de bozunarak kaynar.

II. I. B. FABRİKA TEKNİKLERİNİN İNCELENMESİ

Fabrikalarda H ₂ SO ₄ kontak yöntemine göre elde edilir. Bu yöntem “oleum” denen daha derişik asitlerin elde edilmesini sağlar. Bu yöntemde kükürt dioksit gaz evresinde yükseltgenir.

SO ₂ + ½ O ₂ ” SO ₃

Fabrikalarda,kontak yöntemine göre kükürt dioksitten sülfürik asit üretim şeması

Yüksek sıcaklıkta tersinir olan bu tepkimenin meydana gelen kükürt trioksidin ayrışmaması için orta sıcaklıkta ( 400-450 ^o c) gerçekleştirilmesi gerekir. Bunun için vanadyum pentaoksitten yararlanılır. Bu yöntem genellikle iki aşamada uygulanır; birinci aşama, 550 ^o c’ta uygulanan hızlı bir tepkimeyi, ikinci aşama ise oluşan ürünlerin 450 ^o c ‘ta soğutulmasını (dönüşüm %80) kükürt dioksit kataliz borularına gönderilmeden önce tozlarından, özellikle katalizörü zehirleyen arsenik asit anhidriti (AS ₂ O ₃ ) gibi katışkı maddelerinden arındırılır. Meydana gelen kükürt trioksit buharları, 66B ^o ’lik sülfürik asit tarafından soğurulur ve böylece “oleum” elde edilir.

II.I. C. H ₂ SO ₄ ’İN KULLANIM ALANLARI

Sülfürik asit kimya sanayisinin temel bir ürünüdür. Öteki asitlerin çoğunun (hidroklorik asit, nitrik asit, fosforik asit vb.) pek çok sülfatın (sodyum sülfat, amonyum sülfat, demir sülfat, bakır sülfat, alüminyum sülfat)şap ve süper fosfatların yanı sıra ayrıca boyarmaddelerin, plastiklerin, patlayıcıların, parfümlerin, ilaçların ve yapay liflerin üretimi için gerekli olan sayısız organik ürünün elde edilmesinde kullanılır. Ayrıca istenmeyen maddeleri katran biçiminde özütleyerek ayırdığından özel benzinlerin, gaz yağının ve kimi yağların arıtılmasında işe yarar. Nişasta ve alkolün şekerleştirilmesi yoluyla glikoz üretiminde metallerin yüzeylerinin temizlenmesinde parşömen kağıdı ve cila yapımında, hayvansal atıkların yok edilmesinde geniş ölçüde kullanılır. Bütün bunların dışında özellikle kurşunlu akümülatörlerde elektrolit işlevi görür.