Arrhenius ve Brønsted-Lowry Asit-Baz Teorileri

Arrhenius Asit-Baz Teorisi

Asitler ve bazlarla ilgili ilk kabul gören bilimsel tanım, İsveçli kimyacı Arrhenius tarafından 1884 yılında yapılmıştır. Arrhenius asit-baz teorisine göre suda çözündüğünde suya H⁺ iyonu veren maddelere asit, OH⁻ iyonu veren maddelere ise baz denir. Örneğin HCl(g) → H⁺(suda) + Cl⁻(suda) tepkimesinde HCl asit, NaOH(k) → Na⁺(suda) + OH⁻(suda) tepkimesinde NaOH bazdır.

Arrhenius asit-baz teorisi sadece sulu çözeltiler için geçerlidir. Bu teori, yapısında hidrojen içermeyen SO₂, CO₂ gibi maddelerin asitliğini ve OH içermeyen NH₃ gibi maddelerin bazlığını açıklamada yetersiz kalmıştır. Ayrıca bu tanıma göre nötralleşme tepkimeleri sonunda tuz ve su oluşur; bu nedenle Arrhenius tanımı oldukça dar kapsamlıdır.

Brønsted-Lowry Asit-Baz Teorisi

Birbirlerinden bağımsız çalışan Danimarkalı J. N. Brønsted ve İngiliz T. M. Lowry tarafından yapılan daha geniş kapsamlı asit-baz teorisi 1923 yılında kabul görmüştür. Brønsted-Lowry asit-baz teorisine göre proton (H⁺) veren madde asit, proton (H⁺) alan madde bazdır. Bu teori, yapısında hidrojen içermeyen SO₂, CO₂ gibi maddelerin asitliğini ve hidroksit içermeyen NH₃ gibi maddelerin bazlığını da açıklar. Brønsted-Lowry asit-baz teorisi hem sulu çözeltiler hem de susuz ortamlar için geçerlidir, bu nedenle daha geniş kapsamlıdır. Bu tanıma göre asit-baz tepkimesi proton transferiyle gerçekleştiği için tuz ve su oluşması gerekmez.

Örneğin HF(g) + H₂O(s) ⇌ H₃O⁺(suda) + F⁻(suda) ileri yönlü tepkimesinde HF, H₂O'ya proton verdiği için asit, H₂O ise proton aldığı için bazdır. Geri yönlü tepkimede ise H₃O⁺ proton verdiği için asit, F⁻ proton aldığı için bazdır.

Eşlenik Asit-Baz Çiftleri

Brønsted-Lowry teorisine göre aralarında bir proton (H⁺) fark bulunan asit-baz çiftlerine eşlenik (konjuge) asit-baz çifti denir. Bir asit protonunu verdiğinde geriye kalan tür, o asidin eşlenik bazı olur; bir baz proton aldığında oluşan tür, o bazın eşlenik asidi olur. Örneğin HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺ tepkimesinde HA protonunu suya verdiği için asit, H₂O proton aldığı için bazdır; HA-A⁻ ve H₂O-H₃O⁺ eşlenik asit-baz çiftleridir. Eşlenik asit-baz çiftleri tepkime üzerinde "Asit1-Baz2, Baz1-Asit2" şeklinde gösterilir:

HF(g) + H₂O(s) ⇌ F⁻(suda) + H₃O⁺(suda) Asit1 — Baz2 ..... Baz1 — Asit2

Buna göre HF, F⁻'nin; H₃O⁺ ise H₂O'nun eşlenik asidi olurken, F⁻ HF'nin, H₂O ise H₃O⁺'nın eşlenik bazıdır.

Monofonksiyonel ve Polifonksiyonel Asit-Bazlar

Bir tane proton (H⁺) verebilen asitlere monofonksiyonel asit, bir tane proton alabilen ya da bir tane hidroksit (OH⁻) verebilen bazlara monofonksiyonel baz denir. Birden fazla proton verebilen asitlere polifonksiyonel asit, birden fazla proton alabilen ya da birden fazla hidroksit verebilen bazlara polifonksiyonel baz denir.

Örneğin HCl, HNO₃, CH₃COOH gibi asitler monofonksiyoneldir; H₂SO₄(s) → 2H⁺(suda) + SO₄²⁻(suda) ve H₃PO₄(suda) ⇌ 3H⁺(suda) + PO₄³⁻(suda) tepkimelerindeki H₂SO₄ ve H₃PO₄ ise polifonksiyoneldir. NaOH, KOH gibi bazlar monofonksiyonel; Ca(OH)₂(suda) → Ca²⁺(suda) + 2OH⁻(suda) tepkimesindeki Ca(OH)₂ ve Mg(OH)₂ gibi bazlar ise polifonksiyoneldir.

Okyanus Asitleşmesi Örneği

Atmosfere salınan karbon dioksidin önemli bir kısmı okyanuslarda depolanır; atmosferdeki CO₂ seviyesi arttıkça okyanus suyunda çözünen CO₂ miktarı da artarak okyanuslardaki asitleşmeyi artırır. Okyanuslarda yaşayan midye, istiridye gibi kabuklu canlıların dış iskeletleri kalsiyum karbonattan oluşur; bu madde okyanus suyunun normal pH seviyesinde çözünmez. Okyanuslardaki pH değerinin azalması, kabuklu canlıların dış iskeletlerindeki kalsiyum karbonatın çözünmesine neden olarak bu canlılara zarar verir.

Özet

• Arrhenius teorisine göre suda H⁺ veren madde asit, OH⁻ veren madde bazdır; yalnızca sulu çözeltilerde geçerlidir ve hidrojen/hidroksit içermeyen maddelerin asit-baz özelliğini açıklayamaz.
• Brønsted-Lowry teorisine göre proton veren madde asit, proton alan madde bazdır; hem sulu hem susuz ortamlarda geçerlidir ve eşlenik asit-baz çifti kavramını (HA/A⁻, H₂O/H₃O⁺ gibi) tanımlar.
• Bir proton verebilen/alabilen asit-bazlar monofonksiyonel (HCl, NaOH), birden fazla proton verebilen/alabilen asit-bazlar polifonksiyoneldir (H₂SO₄, Ca(OH)₂); okyanus asitleşmesi örneği CO₂'nin sudaki asit-baz dengesine etkisini gösterir.