1.6. Çözelti Asitliliği

Asit ve baz kimyada iki uç değeri (sıcaklıkta, sıcak ve soğuk gibi) açıklamaktadır. Bir çözeltinin pH değeri 7'nin altında ise asidik, üzerinde ise baziktir.  7'nin altındaki her pH değeri, bir yüksek değerden 10 defa daha asit reaksiyonludur. Örneğin pH 3, pH 4'ten 10 defa daha asidik ve pH 9, pH 8'den 10 defa daha baziktir (Tablo 1.4). Asit ve baz karışımı birbirlerinin etkilerini nötralleştirirler. Latince “potentii hydrojenii” kelimesinin baş harflerinden dolayı söylenen pH, çözeltideki hidrojen iyonu miktarını gösterir. Hidrojen (H⁺) iyonlarının derişimi asitliliğin ölçüsüdür. Negatif yüklenmiş hidroksil iyonları (OH^-) alkaliliği temsil eder. Tablo 1.4’den görüldüğü gibi H⁺ ve OH^- eşit olduğunda nötr ortam oluşur. Matematik olarak bir litre çözeltideki mol cinsinden hidrojen iyonu derişiminin negatif logaritmasıdır,  pH = -log[H⁺].

Tablo 1.4: 25 ^oC ‘de 1 litre çözeltide hidrojen iyonu değişimi.

1/10.000.000 H⁺           pH  = 7                1/10.000.000 OH^-

25°C sıcaklıkta 1 lt suda @10.000.000 su molekülü bulunur. Yani 10.000.000 H⁺ 10.000.000 OH^- vardır.  Saf su nötr bir yapıya sahiptir (pH=7). Saf su bazı iyonlar ile karıştığında ya bazik ya da asidik olur. Örneğin, elmanın pH değeri 2.9-3.3, limonatanın pH değeri 2.2-3.0 'dır. Deterjanlar ve Amonyum bazik özelliklidir. pH değeri çok düşük veya çok yüksek olan bileşikler reaktiftirlerdir. Yağış pH’sı atmosferde bulunan CO₂ tarafından kontrol edilir. Bu nedenle yağışın pH değeri 5.6  civarındadır (Gay, 1983). Yağışın pH değerinin 5.6’nın altına düşmesi asit yağışları olarak adlandırılır (Ertürk, 1993). Ancak toprak açısından asitliliğin tampon alanları  pH 6.2-8.2 arasında ise Ca⁺⁺ tampon alanı, pH 5.0-6.2 arasında ise silikat tampon alanı, pH 4.2-5.0 arasında ise kolloid tampon alanı, pH 3.0-4.2 arasında ise Al³⁺ tampon alanı ve pH 3.0 için ise Fe³⁺ tampon alanıdır (Kantarcı, 1987).

Kirlenmemiş yağışın pH değeri 5.6 civarındadır. Yağış suyunun pH değerini düşüren ana etken CO₂’dir (Zumdahl, 1995; Harrison, 1998).

CO₂+H₂O                   H₂CO₃                                                                                   (1.10)

H₂CO₃ +H₂O              HCO₃^-+H₃O⁺                                                                         (1.11)

HCO₃^- + H₂O             H₃O⁺+CO₃^2-                                                                          (1.12)

Çeşitli yollarla atmosfere atılan kükürt dioksit ve azot oksitler su ile reaksiyona girerek yağış suyu pH değerini daha da düşürerek asit yağışlarını oluşturmaktadırlar. Atmosfere karışan kirleticiler hava hareketleri ile yüzlerce km uzaklara kadar taşınabilmektedirler. Taşınma sonucunda meydana gelen yağışlar bir ülkenin sınırları içinde veya bir başka ülke sınırları içinde asit yağışlar halinde düşmektedir. Doğal ve insan yapımı (endüstri, motorlu vasıtalar, termik santraller) kaynaklardan  çıkan kükürt dioksit, sülfürik asit’i oluşturmaktadır (Ertürk, 1993; Hill and Petrucci, 1996).

2SO₂  + O₂                 2SO₃                                                                                         (1.13)

SO₃ + H₂O                    H₂SO₄                                                                                       (1.14)

H₂SO₄ + H₂O             H₃O⁺ + SO₄^2-                                                                            (1.15)

Doğal ve insan yapımı kaynaklardan  çıkan azot, atmosferde bir dizi reaksiyona girerek nitrik asit’i oluşturmaktadır.

3NO₂  + H₂O             2HNO₃+ NO                                                                           (1.16)

HNO₃ + H₂O             H₃O⁺ + NO₃^-                                                                           (1.17)

Bu reaksiyonlar yağışın pH değerini 5.6’dan daha aşağılara düşürür. Meydana gelen reaksiyonun türü ve hızı basınç, sıcaklık, güneş ışığı (direkt veya dolaylı) ve sıvı veya gaz halindeki su buharına bağlıdır. Asit yağışlarında genel olarak H₂SO₄, (H⁺) ve (SO₄^-), HNO₃  ise        (H⁺) ve (NO₃^-) iyonlarına ayrılarak yağmur suyu içerisinde çözünmüş olarak taşınmaktadır (Fruen, 1998). Her iki asit de organik ve inorganik maddeleri parçalayan, çözen çok kuvvetli asitlerdir. Sonuçta SO₃ ve NO₂ haline yükseltgenerek çok kuvvetli asitler olan sülfürik (H₂SO₄) ve nitrik asit (HNO₃) meydana gelebilmektedir (Zumdahl, 1995; Calvert, 1984).

Asitliliğin nötralleşmesi : Yağışların nötralleşmesinde amonyum ve kalsiyum karbonat bileşikleri etkilidir. Bunların yokluğunda doğal ve insan etkinlikleri sonucu kükürt ve azot oksitler nedeniyle yağışın pH değerinin 4.5-5.6 arasında olması beklenir (Charlson and Rodhe, 1982).  Atmosfer bazik özelliğe sahip maddeler tarafından yeterince zengin ise yağışın nötralleşmesi ortaya çıkabilir. Bu alkalinlerden başlıcaları rüzgar tarafından topraktan getirilen CaCO₃ ve endüstriyel faaliyetler, kanalizasyonlar, göletler, dereler, zirai gübrelemelerden gelen NH₃’tür (Sanusi et al., 1996; Akman, 2000; Alp, 2000).  Ca⁺⁺ ve NH₄⁺ değerinin yüksek olması nötralleştirici etki yapar. Kireç yapılı taşların hakim olduğu bölgelerde asit yağışları daha çok nötralleşir. Fakat granit yapılı kayaların bulunduğu bölgelerde bu nötralleşme olmaz. Kireç yapılı bölgelerde aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir (Fruen, 1998; Young, 1991).

H₂CO₃ + H₂O             H₃O⁺ + HCO₃^-                                                                       (1.18)

CaCO₃ + H₃O⁺           HCO₃^- + Ca⁺⁺ +H₂O                                                               (1.19)