Asit ve Bazların Canlılar İçin Önemi Nedir?

Canlılığın ortak özellikleri ile ilgili yazımızda, "Canlılığın ortak özelliklerini tanımlarken, biyolojik maddelere odaklanmak yerine, kimyasal ve hatta fiziksel temellere dayanmamız gerekmektedir." demiştik. Bu cümle içerisinde yer alan "kimyasal ve fiziksel temeller", tüm canlığının sahip olduğu atomlar ve onların oluşturduğu moleküller anlamına gelmektedir. En nihayetinde "canlılık" ve "cansızlık", ne olduklarından bağımsız olarak, illâ ki atomlardan ve moleküllerden oluşmaktadır. Dolayısıyla bu atom ve moleküllerin davranışları, oluşturdukları sistemlerden sadece biri olan "canlılığın" davranışlarını da belirlemektedir.

Bu süreçlerdeki aksamalar çeşitli hastalıklara neden olabilirken, canlı türleri veya bireyleri arası ufak tefek farklılıklar da, türler veya bireyler arası çeşitliliğe yol açmaktadır. Öyle ki, bütün türlerin var olmasını sağlayan evrimsel değişimin temelinde, en nihayetinde, atom ve moleküller arası etkileşimler ve bunların çeşitliliği yatmaktadır. Sadece bu da değildir: Birbiriyle aynı veya farklı olabilen atomların birbirleri ile etkileşimleri, vücudumuz içerisindeki metabolik süreçlerin devamlılığını sağlanmaktadır.

Uzun lafın kısası, atomların ve moleküllerin çeşitliliği, canlılığın devamlılığı ve çeşitliliği için büyük öneme sahiptir. Bu atomik ve moleküler çeşitliliği gruplara bölerken kullandığımız en önemli kategorilerden biri, bazı moleküllerin (özellikle de bileşiklerin) suda çözündükleri sırada açığa çıkardıkları iyonlara göre baz ya da asit adını almalarıdır: Suda çözündüğünde hidrojen (H⁺) iyonu verene asit, hidroksit (OH^-) iyonu verene ise baz adı verilir.

Bu ayrımın önemi, yazımızın ilerleyen kısımlarında daha anlaşılır olacaktır. Ancak özetle asit ve bazlar, canlılar için sıradan bir adlandırmadan çok daha fazlasıdır: Canlılığın yoluna devam edip edemeyeceğini doğrudan belirleyen abiyotik faktörlerden biri olan pH değeri, doğrudan doğruya bu H⁺ veya OH^- iyonlarının biri ortamdaki (örneğin hücre içindeki) miktarına göre belirlenmektedir.

pH ve pOH Nedir?

pH, İngilizcede "power of Hydrogen" (Tür: "Hidrojen Gücü") adı verilen bir terimin kısaltmasıdır. Benzer şekilde, pOH da İngilizcede "power of hydroxide" (Tür: "Hidroksit Gücü") adı verilen bir terimin kısaltmasıdır. pH değeri, aynı zamanda ortamdaki hidrojen iyonu [H⁺] ile hidroksit iyonunun [OH^-] derişimlerinin oranını da ifade eder. Örneğin bu iki iyon oran olarak eşit miktarda (yani 1:1) bulunduğunda, pH değeri 7 olur (bu durumda pOH değeri de 7'dir). Bu tür çözeltilere nötr çözelti deriz.

pH değerinin alabileceği en büyük sayı 14, en düşük sayı ise 0'dır. Benzer şekilde, pOH değerinin alabileceği en büyük sayı 14, en düşük sayı ise 0'dır. Bu iki değerin toplamı, daima 14 olmak zorundadır. Dolayısıyla pH'ı 8 olan bir çözeltinin pOH değeri 6 olacaktır (14-8=6). Eğer H+ derişimi OH^- derişiminden fazla ise çözelti asidik demektir; yani pH değeri 7'den küçüktür. Eğer OH^- derişimi H⁺ derişiminden fazla ise maddemiz bazik demektir; yani pH değeri 7'den büyüktür.

pH Neden Zıt Çalışıyor? Asitlik Arttıkça pH Neden Azalıyor?

Bu zıtlık, ilk etapta kafanızı karıştırabilir: "Eğer pH değeri hidrojen gücü demekse ve daha çok hidrojen de asitliğin artması anlamına geliyorsa, neden hidrojen arttıkça, yani asitlik arttıkça, pH değeri azalıyor ki?" diye sorabilirsiniz. Bunun çok iyi bir nedeni vardır.

Bu zıtlığın nedeninin anlamak için, pH'ın nasıl hesaplandığına bakabiliriz: Bir çözeltinin pH'ını bulmak için, o çözeltinin hidrojen konsantrasyonunu çeşitli yöntemlerle tespit edip, aşağıdaki işlemden geçirmek yeterlidir:

$\text{pH}=-\log [H^{+}]$

Yani bir çözeltinin pH'ı, o çözeltideki hidrojen iyonlarının logaritmasının eksi değeri olarak tanımlanmaktadır. Bu eksi nedeniyle pH değeri azaldıkça, aslında hidrojen oranı artmaktadır. pH değeri arttıkça, aslında hidrojen oranı azalmaktadır.

Buna ek olarak, pH tanımında kullandığımız fonksiyonun logaritmik bir fonksiyon olmasının önemli bir sonucu vardır: pH değerindeki 1 birimlik değişim hidrojen iyon derişimindeki 10 katlık değişime karşılık gelmektedir! Yani pH'ı 4 olan bir asit, pH'ı 5 olan bir asitten sadece %25 değil, tam %1000 (10 kat) daha asidiktir!

eödev

pH Skalası Neden 0-14 Arasında Değişiyor?

pH skalasının sınırlarını belirleyen şey, yeryüzündeki en önemli çözücülerden biri olan ve bildiğimiz anlamıyla yaşamın da vazgeçilmezi olan suyun amfoterik özellikleridir. Bu, suyun hem asit hem de baz olarak davranabilmesi anlamına gelmektedir.

Suyun bunu yapabilme nedeni, her zaman aşina olduğumuz H₂O molekülleri şeklinde kalmıyor olmasıdır. Aslına bakarsanız su moleküllerini bir arada bırakacak olursanız, birbirleriyle tepkimeye girerek hidronyum ve hidroksit olarak bilinen iki moleküle dönüşürler. Bu tepkime, şöyle ifade edilir:

$2H_2{O}_l\rightleftharpoons H_3{O}_{aq}^{+}+O{H}_{aq}^{-}$

Burada 2 adet sıvı su molekülü tepkimeye girerek hidronyum ve hidroksit oluşturmaktadır. Buna, kendi kendine iyonizasyon denmektedir. Bu denklemde saf suyun oluşturduğu hidronyum ve hidroksit moleküllerinin konsantrasyonu (derişimi) birebir aynıdır ve her ikisinin de molaritesi, 25°C'de $1.0\times 10^{-7}$ düzeyindedir. İşte bu iki molaritenin çarpımı, her zaman $1.0\times 10^{-14}$ değerini vermektedir:

$K_w=[H_3{O}^{+}][O{H}^{-}]=1.0\times 10^{-14}$

Burada $K_w$, tepkime sabiti olarak bilinen bir sayıdır. Bunun logaritması, bize 14 sayısını vermektedir:

$p{K}_w=-\log 1.0\times 10^{-14}$

$p{K}_w=14$

İşte bu sayı, pH ve pOH oranlarının toplamının daima 14 olmasını gerektirmektedir. Bunu sağlayan uç değer sayılar 0 ve 14'tür (pH=0 veya pH=14 olabilir). Bu nedenle pH değerleri daima 0-14 arasında olmak zorundadır.

pH Ne İşimize Yarar?

Bahsini geçirdiğimiz üzere tüm canlılar fiziksel ve kimyasal etkileşimlerin bir sonucu olarak yaşamlarını sürdürürler. Hâl böyle olunca bu etkileşimlerden asit, baz ve nötr özelliğine sahip yeni bileşikler veya ürünler ortaya çıkar. Bu özellikleri sayesinde belli moleküller ile etkileşime girip belli başlı hücresel aktiviteleri yerine getirebilirler.

Örnek olarak vücudumuza almış olduğumuz besin öğeleri içerdiği mineraller sayesinde asidik ya da bazik özellik gösterir. Sindirime giden yolculuklarında, midemizin asidik özellik gösteren düşük pH’sında aşındırmaya bağlı olarak parçalara ayrılırlar. Parçalara ayrılan bileşiklerin bir kısmının mideden emildiğini düşünelim ve emilen bu bileşiklerin pH'ının 7’den yüksek, yani bazik olduğunu varsayalım.

Sözünü ettiğimiz davranışın aşırıya kaçması halinde bir süre sonra kanın pH'ı bozulacaktır; yani kanın mevcut pH değeri olan 7.45'ten çok daha bazik bir hale geçerek alkaloz adını verdiğimiz hastalığa sebebiyet verecektir. Asitin başrolde olduğu tam tersi bir senaryo işleseydik, kanın normal pH değerlerinin altına düşmesine bağlı olarak asidoz adını vermiş olduğumuz hastalık baş gösterecekti.

Örnekten de anlaşılacağı üzere canlıların yaşamında direkt olarak etkin söze sahip olan pH, özellikle de tarım, tıp, su arıtma, kimya, ilaç sektörü gibi pek çok alanda karşımıza çıkmakta ve ölçülmesi önem arz etmektedir.

pH Nasıl Ölçülür?

Elbette yukarıdaki matematiksel yöntemi kullanarak pH'ı ölçebilirsiniz; ancak bunu çok daha hızlı yapabileceğiniz ayraçlar üretilmektedir: Örneğin turnusol kağıdı adı verilen, dokundurulduğu çözeltinin asit ya da baz olduğunu kağıttaki renk değişiminden anladığımız çeşitli ayraçlardan faydalanmanız mümkündür. Bu ayraçlar, matematiksel bir değerden ziyade, gözleme dayalı bir veri sunmaktadır. Çok daha hassas bir pH verisine ihtiyaç duyuyorsanız, çözeltinizdeki hidrojen iyonlarını ölçüp pH hesabı yapabilen pH metreler işinizi görecektir.

Aquaist

Asit Nedir?

Bu kavram ile karşılaşmanız, muhtemelen aldığınız gazlı içeceğin köpük çıkarmasını merak ettiğiniz o ilk andan kaynaklanmaktadır. Sonrasında ortaokulda asit başlığında sizlerle tanıştırılan kezzap ile asitlere karşı küçük bir kaygıya kapılacak ve aklınıza bir soru gelecektir: "İçeceğimdeki asit bana zarar vermezken, kezzap neden bana zarar verir?"

Asiti Tehlikeli Yapan Nedir?

Bir önceki konu başlığında da dile getirdiğimiz üzere, asit adını verdiğimiz bileşikler suda çözündüklerinde ortama hidrojen iyonu (H⁺) vermektedirler. Bir bileşiğin ne kadar asidik olduğunu içeriğindeki H⁺ iyonlarının derişimi belirler; ne kadar fazla serbest H⁺ iyonu varsa bileşiğiniz o kadar asidiktir. Asidik özellik arttıkça, hem canlı hem de cansız dokularda aşınmaya bağlı olarak yaratacağı hasar da artacaktır.

Ekşişeyler

Gelelim sorumuzun cevabına: Kezzap (veya kimyasal ismiyle nitrik asit) gibi kuvvetli asitlerin (0 ila 3 pH arasını tanımlar) sahip oldukları serbest hidrojen miktarı, içeceğinizin serbest hidrojen miktarından fazladır: Kolanın pH'ı 2.5 civarında, nitrik asitin pH değeri ise 0.3 civarındadır. Bu değerler birbirlerine yakın gibi gözükse de ve hatta ikisi de "kuvvetli asit" tanımına uysa da unutmayın: pH tanımında kullandığımız fonksiyon, logaritmik bir fonksiyondur. Dolayısıyla pH değerindeki 1 birimlik değişim hidrojen iyon derişimindeki 10 katlık değişime karşılık gelmektedir. Yani kezzap, koladan 158 kat güçlü bir asittir!

Kezzabın çok daha fazla serbest hidrojen iyonu barındırması, cildinizi çok daha fazla aşındıracağı anlamına gelir - ki bunu vücudunuz üzerinde deneyimlemek acı verici olacaktır. Bu yüzden özellikle kuvvetli asitleri kullanırken veya deney yaparken dikkatli olmalısınız. Gündelik hayatta kuvvetli asitler ile sık sık karşılaşmasak da zayıf asitlerle hep iç içeyizdir. Özellikle sabahları kahvaltıda tükettiğimiz sütler, uyanmak için içtiğimiz kahveler, birçok meyve ve daha sayılamayacak kadar fazla ürün, asit özelliği ile karşımıza çıkar.

Tehlikeli Asitlerin Depolanması

İş sağlığı ve güvenliği kapsamında asitler ağırlıklı olarak aşındırıcı madde sınıfı içerisinde yer almaktadır. Başlıca bu sınıf içerisinde kromik, hidroklorik, nitrik, pikrik, perklorik ve sülfürik asitler bulunur. Başlıca iki gruba ayrılır:

• Oksitleyici Asitler (nitrik, sülfürik, perklorik ve fosforik asitler): Diğer asitlerden ayrı bir güvenlik kabininde muhafaza edilmelidir.
• Organik ve Mineral Asitler: Oksitleyici asitlerden ayrı bir güvenlik dolabında saklanmalıdır.

Deposit

Tehlikeli Asitler için İşleme Prosedürleri

Güçlü asitlerle çalışırken kullandığınız aside uygun malzemeden eldivenler kullanılmaktadır neopren buna güzel bir örnektir. Bir yüz siperi, gözlük ve laboratuvar önlüğü de giyilmelidir. Konsantre asitlerle çalışırken laboratuvar önlüğü üzerine ekstra bir koruyuculuk katması için neopren önlük giyilmelidir.

Tehlikeli Asitler Nasıl Yok Edilir?

Bazı asitler (hidroklorik asit, sülfürik asit ve asetik asit gibi), çeşitli prosedürler izlenerek nötralize edilebilir. Nötralize edildikten sonra bu asitler kanalizasyona verilebilir. Kanalizasyona verilemeyen kromik asit veya nitrik asit gibi diğer asitler etiketlenmeli ve Çevre İş Sağlığı ve Güvenliği tarafından toplanmalıdır.

Baz Nedir?

Bazlar, suda çözüldüğünde hidroksit iyonları (OH^-) veren moleküllerdir. Tıpkı asitler gibi bazlar da tehlikeli olabilirler. Özellikle kuvvetli bazlar olan potasyum hidroksit ve sodyum hidroksit ile çalışmak oldukça tehlikeli olup, özel güvenlik ekipmanlarına sahip olmayı gerektirir. Öyle ki dokunmadan kaçınsanız bile, koklamanız dahi sizin için zararlı olacaktır.

Tabii her baz bu kadar tehlikeli değildir. Gündelik hayatta kullandığımız el sabunları, deterjanlar vb. ürünler bazlara örnek verilebilir. Bazlar bu kadar zararlı olsa bir sabunu sürekli vücudumuza temas ettirebilir miydik? Elbette hayır. Burada önemli olan, hidroksit derişiminin ne seviyede olduğudur.

Sabah

Tehlikeli Bazların Depolanması

Bazlar güvenlikli dolaplarda saklanmalıdır. Eğer böyle bir imkan yoksa, kimyasalın muhafaza edildiği saklama kabının taban kısmı bir küvete ya da metal bir levhanın üzerine oturtulmalıdır. Olası sızdırmalara karşı zemini korumak ve çökmelerin önüne geçmek adına bu yönteme başvurmak gerekmektedir.

Tehlikeli Bazlar İçin İşleme Prosedürleri

Bahsini geçirdiğimiz üzere bazı bazlar solunum yoluyla da ciddi tehlikeli oluşturabilmektedir. Bu nedenle deneyler kimyasal çeker ocakta yapılmalıdır. Eldiven, laboratuvar önlüğü ve koruyucu gözlük takılmalıdır. Asitler ile çalışmalarda kullanıldığı gibi bazlarda da neopren veya nitril eldivenler kullanılabilir. Eldivenler ile birlikte mutlaka neopren önlük ve kimyasal sıçrama gözlüğü olan bir yüz siperi takılmalıdır. Eğer çok ciddi bir soluma tehlikesi varsa, uygun kartuşlu bir solunum cihazı takılmalıdır.

Airclinic

Tehlikeli Bazlar Nasıl Yok Edilir?

Bazı bazlar (potasyum ve sodyum hidroksit gibi), çeşitli prosedürler izlenerek nötralize edilebilir. Nötralize edildikten sonra bu bazlar kanalizasyona verilebilir. Kanalizasyona verilemeyen alüminyum hidroksit gibi diğer bazlar etiketlenmeli ve Çevre İş Sağlığı ve Güvenliği tarafından toplanmalıdır.

Yaşamın İçin Gereken Asit ve Baz Dengesi

Vücudumuzda pek çok farklı görevde rol alan omurilik, kan, lenf gibi hayati öneme sahip sıvılar yer alır. Bu sıvıların başlıca görevi homeostaz ya da bir diğer deyiş ile "iç denge" adı verilen vücudun kararlı halde kalmasını sağlamaktır.

Bu kararlı hal canlının yaşayabileceği optimum değerlere karşılık gelir pH için düşünüldüğünde bahsini geçirdiğimiz sıvılar ağırlıklı olarak 6 ila 8 pH arasında değer almaktadırlar. Bu değer aralığı sayesinde sindirim yoluyla ya da herhangi başka bir yolla vücut içerisinde gelebilecek olası asit ya da baza karşı oldukça duyarlı halde olmaktadır. Kan örneğinde vermiş olduğumuz olası sapmalar hastalıklara hatta bireyin ölümüne sebebiyet verebilir fakat bunun önüne geçmek adına amfoter adı verilen baza karşı asit, asite karşı baz gibi davranan bileşikler yer alır. Bu bileşikler sayesinde kandaki ya da başka herhangi bir sıvıdaki pH'ın ciddi miktarda anlık artışının önüne geçilmiş olur.

DNA'daki Asit ve Baz Birlikteliği

Asit ve baz birlikteliği homeostaz (vücut dengesi) için önem arz ettiği kadar, hücrelerimizin içine, hatta genetik kodlarımıza dahi yansımıştır! Deoksiribonükleik asit ya da bilinen adıyla DNA molekülü, içerisinde; deoksiriboz şekeri, adenin, guanin, sitozin ve timinin yer aldığı organik bazlar ve fosfat grubu yer alır. İlginç bir şekilde, DNA'yı oluşturan parçalarda organik bazların yoğunlukta olduğunu ve "deoksiribonükleik asit" isimlendirmesindeki "aside" dair bir şey görememekteyiz.

Sihirli Fasülyeler

Bunun başlıca sebebi fosfat grubudur. DNA'daki fosfat grubu, DNA'nın yapısında çok büyük bir rol oynar. Azotlu bazlar, baz eşleşmesinde anahtar bir role sahip olsa da, temel özellikleri, fosfat omurgasını oluşturan negatif yüklü fosfat gruplarının asidik özellikleri kadar belirgin değildir. Bu yüzden DNA, bütünüyle asidik bir karaktere sahiptir. Benzer durum RNA'da da söz konusudur.

Sonuç

Farklı örnekler ile aktarılmaya çalışıldığı üzere asit ve baz adlandırması tüm bileşiklerin bir anlamda kimyasal karakterlerini ifade etmektedir. Bu ifadeye sahip bileşikler tüketebileceğimiz görece büyük bileşikler olabileceği gibi, yönetici molekülümüz DNA'mızın içerisinde dahi yer almaktadır. Bu doğrultuda, bu iki kimyasal karakterin birlikteliğinin, hem canlılar hem de cansızlar tarafından ne kadar büyük bir öneme sahip olduğunu tekrardan vurgulamakta fayda vardır. İçinde yaşadığımız evrenin ve bizlerin gözümüzle göremediğimiz mikrokozmik ölçekteki yapıların etkileşimlerinin bir sonucu olarak karşımıza çıkmakta olduğunu unutmayalım.