KAPLAMA BANYOSUNUN ASİTLİĞİ VE pH
Asitlik tüm elektrokaplama çözeltilerinde büyük önem taşır. Neden önemli olduğundan yukarıda bahsetmiştik.
Bileşiklerin suda çözülmesiyle elde edilen bütün çözeltiler biraz HİDROJEN İYONU içerir çünkü su iki hidrojen ve bir hidrojen atomundan oluşur (H2O). Hidrojen oksijene çok sıkı bağlı olduğundan 3 iyonizasyona neden olan kuvvetler çok az etkili olurlar. Bu nedenle saf su oldukça az sayıda SERBEST HİDROJEN İYONU bulunur. Saf sudaki hidrojen iyonu konsantrasyonu o kadar düşüktür ki, ölçebilecek bir yöntem kullandığınızda 10.000.000 litre suda 1 gram hidrojen iyonu bulunduğunu görürsünüz. İşte bu sebepten saf su çok kötü bir iletken olup pratikte YALITKAN olarak adlandırılır.
Asitlerin çoğu (hidrojenin özel bileşikleri) kolayca iyonize olur ve çok sayıda hidrojen iyonu suda çözünür.
Eğer HİDROKLORİK ASİT ise (HCl, hidrojen ve klordan oluşur) hidrojen iyonu konsantrasyonu bir litre suda bir grama kadar yükselir.
Öte yandan BAZ, ALKALİ veya HİDROKSİT olarak adlandırılan ve hidroksil kökü içeren maddeler (hidrojen ve oksijenin bire bir bağlanmasından oluşur ve (OH)– ile gösterilir) 4 hidrojen iyonlarıyla reaksiyona girerek su (H2O)meydana getirirler.
(C#) x A
C =
L
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2
Sayfa 6
H+ + OH– H2O
Hidroksil kökü ile hidrojen iyonları birbirleri ile kuvvetli reaksiyona girdiklerinden 100.000.000.000 litre sudaki hidrojen iyonu konsantrasyonu 1 grama düşer, hidrojen iyonu kalmaz denilebilir. Bazların çoğu kuvvetli şekilde iyonize olurlar ve bu nedenle de suda çözündüklerinde iyi iletkendirler. Sodyum hidroksit (kostik soda) sodyum ile hidroksil kökünden oluşur (NaOH). Aşağıdaki şekilde iyonlaşır :
NaOH Na+ + (OH)– (Na, sodyumun Almanca ismi olan Natrium’ un kısaltmasıdır.)
H2O
katı su iyon iyon Kaplama çözeltisindeki hidrojen iyonları konsantrasyonunu ifade etmeye kalkarsak çok büyük bir sayı kullanmamız gerekeceğinden bu şekilde ifade edilmesi uygun olmaz. İskandinav bilimadamı Sorenson bunun için uygun bir yöntem kullanmıştır. Aşağıdaki matematiksel tabloya bir göz atın.
TABLO 2. 10’ UN KATLARI
(10) = (10)
(10) x (10) = 100
(10) x (10) x (10) = 1.000
(10) x (10) x (10) x (10) = 10.000
(10) x (10) x (10) x (10) x (10) = 100.000
Matematikte (10) x (10) veya (10)(10) şeklindeki bir çarpım ifade edilmek istendiğinde bunun yerine 10’ un kendisi ile çarpıldığını ifade etmek için 102 ifadesi kullanılır. (Ders 1’de büyük rakamlarla çalışmıştık.) Benzer şekildetablodaki 103 ifadesi de üç tane 10’ un biribiriyle çarpılması anlamına gelir. Bu işlem daha büyük sayılara kadar devam ettirilebilir. Bu kısaltmaya işlemine göre kuvvetli bir bazda mevcut olan hidrojen iyonu konsantrasyonu 100.000.000.000.000 litre suda 1 gram ise, kısaca 1014 litre suda 1 gram olarak gösterilir. 10’un üzerinde gösterilen küçük rakamlar üs (indis) olarak adlandırılır. Bu düşünceden yola çıkılarak, Tablo 3 düzenlenebilir.
Hidrojen iyonu konsantrasyonu çok büyük miktarda litrelerle ifade edilen hacimde 1 gr. olarak ifade edildiğinden dolayı, eğer üstel ifade (indis) kullanacak isek, hidrojen iyonu konsantrasyonunu kendimize referans olarak alabiliriz. Yukarıda gösterildiği şekilde büyük sayıları göstermek için üs kullanmak yerine, kaplamada ve kimyada Sorenson tarafından bulunan ve pH olarak ifade edilen bir gösterilim yöntemi kullanılır. Bu şekilde saf suyun pH’ ının 7 olduğunu söyleyerek 10.000.000 litre suda 1 gr. hidrojen iyonu bulunduğunu ifade etmiş oluruz.
ÖRNEK 2 : Bir bazın sulu çözeltisinde mevcut olan hidrojen iyonu 1,000,000,000,000 litre suda 1 grama eşittir. Bunun pH’ı nedir?
Çözüm : 12
Asitler sahip oldukları hidrojen iyonlarına göre, bazlar da hidroksil iyonlarına göre sınıflandırılırlar. Bu nedenle tabloda yukarı çıkıldıkça çözeltinin asitliği artar, yani pH’ı azalır. Tabloda aşağıya inildikçe çözeltinin asitliği azalır, yani pH’ı artar ve gittikçe daha bazik (alkali) hale geçer. Tablo 3’te pH’ ı 7 olan saf suyu NÖTR NOKTASI olarak alabiliriz ve pH’ı 7’den düşük ise asidik, pH’ ı 7’den yüksek ise bazik (alkali) olarak sınıflandırırız.
Sıradan bir parlak nikel banyosunun pH’ ı olan 5,8 gibi ara pH değerleri de elde edilebilir. Bu değerden nikel kaplama banyosunun hafif asidik yapıda olduğu ve HİDROJEN İYONU konsantrasyonunun 100.000 litrede 1 gram ile 1.00.000 litrede bir gram arasında bir yerde olduğu sonucunu çıkarırsınız. Eğer logaritma 6 bilginiz varsa konsantrasyonun tam değerinin 630.957 litrede 1 gram olduğunu bulabilirsiniz. Bununla birlikte bir kaplamacı olarak size gereken kaplama banyonuzun pH’ ının ne olduğunu ve nasıl kontrol edebileceğinizi bilmeniz olduğundan, bu seviyede matematik bilgisine ihtiyacınız olmayacak.
Bir kaplama banyosunun pH’ ını tanımlamanın değişik yolları vardır ama bir tanesi, pH kağıdı veya daha hassas olan pH test kağıdı kullanmak çok basit, çok hızlı ve neredeyse tüm uygulamalarda yeterli hassasiyette olduğundan tercih edilir. Bu kağıtta çözeltiyle ıslatıldığında hidrojen iyonlarıyla renk değiştiren bir kimyasal maddeler emdirilmiş şeritler vardır. Kağıt kurutulur ve şeritlere bölünür.
Bazı boyalar hidrojen iyonu konsantrasyonuna çok hassastır. Asidite yükseldikçe renk tonu koyulaşacaktır veya tamamen başka renge dönüşecektir. Hidrojen iyonuna duyarlı bu boyalar İNDİKATÖR olarak adlandırılırlar. Eğer daha önce belli bir kimya eğitimi almışsanız TURNUSOL KAĞIDI’ nın ne olduğunu bilirsiniz. Turnusol denen doğal bir boyaya daldırılmış ve asidik çözeltilerde parlak kırmızı, alkali çözeltilerde mavi renge dönen bir kağıttır.
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2 Sayfa 7
pH test kağıtları turnusolden daha hassas boyalar içerirler. Kağıdın kaplama banyosuna daldırıldıktan sonra aldığı rengi standart renk kılavuzu ile karşılaştırarak pH’ ını 0,2 birim hassasiyetiyle tanımlayabilirsiniz ki bu da çoğu kaplama işi için yeterlidir.
Kaplama banyosunun pH’ ını tanımlamada kullanılan daha hassas yöntemler de vardır. Bu yöntemde kaplama çözeltisi içine daldırılmış iki elektrot arasındaki potansiyel ölçülerek çözeltinin pH’ ı 0,1 hassasiyetle bulunur. Buna pH metre denir. İlerleyen derslerde ayrıntısına gireceğiz.
Kaplama banyosunun pH’ ı banyoya asidik madde eklenerek düşürülür, alkali veya bazik madde eklenerek yükseltilir.
TABLO 3. HİDROJEN İYONU KONSANTRASYONU VE pH
HİDROJEN İYONU KONSANTRASYONU KISALTMA pH ( İNDİS )
1 litre suda 1 gram 100 litrede 1 gr. 5 0
10 litre suda 1 gram 101 litrede 1 gr. 1
100 litre suda 1 gram 102 litrede 1 gr. 2
1.000 litre suda 1 gram 103 litrede 1 gr. 3
10.000 litre suda 1 gram 104 litrede 1 gr. 4
100.000 litre suda 1 gram 105 litrede 1 gr. 5
1.000.000 litre suda 1 gram 106 litrede 1 gr. 6
10.000.000 litre suda 1 gram 107 litrede 1 gr. 7 (SAF SU – NÖTR)
100.000.000 litre suda 1 gram 108 litrede 1 gr. 8
1.000.000.000 litre suda 1 gram 109 litrede 1 gr. 9
10.000.000.000 litre suda 1 gram 1010 litrede 1 gr. 10
100.000.000.000 litre suda 1 gram 1011 litrede 1 gr. 11
1.000.000.000.000 litre suda 1 gram 1012 litrede 1 gr. 12
10.000.000.000.000 litre suda 1 gram 1013 litrede 1 gr. 13
100.000.000.000.000 litre suda 1 gram 1014 litrede 1 gr. 14
ÖRNEK 3 : Hidrojen iyonu konsantrasyonu 0,0001 gram/lt. olan bir banyonun pH’ ı nedir?
Çözüm : 0,0001 gr/lt = 10.000 litrede 1 gram 10.000 = 104 ise pH = 4
DENEY 1 :
1. 0,550 gr. lık bir kavanozu yarısına kadar sirke doldurun. pH test kağıdı ile pH’ ını ölçün.
2. Aynı kavanozdan bir başkasına 4 yemek kaşığı sodyum karbonat (çamaşır sodası) katın ve suyla tamamlayıp iyice çözün. Sodyum karbonat çözeltisine bir pH test kağıdı daldırın. pH’ ı kaç? Sodyum karbonat kuvvetli alkali (bazik) bir maddedir.
3. Yukarıdakileri yaptıktan sonra sirkenin üzerine köpürme bitene kadar yavaşça sodyum karbonat çözeltisinden ilave edin ve iyice çalkalayın. Şimdi karışımın pH’ ını ölçün. Sirkenin pH’ ı ile karşılaştırın, ne oldu? pH bazik madde ilave edilirse artar, asidik madde ilave edilirse azalır.
pH konusunu bitirmeden önce sık sık karıştırılan bir konuya dikkatinizi çekmek isterim. pH testi yapılırken elde edilen sonuç bize banyodaki asit konsantrasyonunu vermez. Ders 5 – 8’ de göreceğimiz çeşitli kaplama banyoları bölümünde bunun tanımlanması için yapılması gereken kimyasal analizler yardımıyla bulacağız.
Yoğunluk veya asit iyonizasyon miktarı ne ifade eder? Bazı asitler diğerlerine göre daha çok iyonize olurlar.
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2
Sayfa 8
Bütünüyle iyonize olan asitler KUVVETLİ ASİT, çok daha az iyonize olanlar ZAYIF ASİT olarak adlandırılırlar. SÜLFÜRİK, NİTRİK ve HİDROKLORİK asitler suda çözündüğünde çok yüksek oranda iyonize olduklarından kuvvetli asit sayılırlar. ASETİK asit (sirkede bulunur) ve BORİK asit (gözyaşında bulunur) daha az iyonize olurlar ve zayıf asit olarak mütalaa edilirler. Çok az miktardaki sülfürik asit suda çözündüğünde tamamen iyonlaştığından aynı miktardaki borik asitten 100 kat daha düşük pH’ a sahiptir. Bu nedenle pH testi bize test çözeltisinde hangi asidin bulunduğunu veya ne miktarda bulunduğunu söyleyemez. Bu testle bizim anlayabileceğimiz bir litre çözeltide ne kadar hidrojen iyonu bulunduğudur.
DENEY 2 :
1. 2 yemek kaşığı borik asidi 0,550 litre kaynar suda çözün ve soğutun. Bir başka 0,550 litre suya ise 2 damla hidroklorik asit damlatın (bazen muriatik asit olarak da adlandırılır). Her iki çözeltinin pH’ larını ölçün.