ANALİTİK KİMYA LABORATUVAR FÖYÜ 2

Transkript

1 ANALİTİK KİMYA LABORATUVAR FÖYÜ 2 Ankara Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Analitik Kimya Anabilim Dalı Analitik Kimya Laboratuvarı

2 İçindekiler KANTİTATİF ANALİTİK KİMYA UYGULAMALARINA GİRİŞ... 2 VOLUMETRİK ANALİZ... 2 Volumetrik Analiz Hesaplamalarına Giriş... 3 Seyreltme Faktörü... 3 Standart Çözelti:... 5 Primer Standart Madde:... 5 Kantitatif Reaksiyonun Özellikleri M 1 L HCl Çözeltisinin Hazırlanması M 2.5 L NaOH Çözeltisinin Hazırlanması... 6 NÖTRALİZASYON TİTRASYONLARI M NaOH ÇÖZELTİSİNİN STANDARDİZASYONU M HCl ÇÖZELTİSİNİN STANDARDİZASYONU... 9 ASPİRİN % SAFLIK TAYİNİ H 3BO 3 (BORİK ASİT) TAYİNİ CaCO 3 % SAFLIK TAYİNİ H 3PO 4 (FOSFORİK ASİT) TAYİNİ REDOKS TİTRASYONLARI PERMANGANOMETRİ M 1 L KMnO 4 Çözeltisinin Hazırlanması KMnO 4 Çözeltisinin Ayarlanması FeSO 4 TAYİNİ İYODİMETRİ VE İYODOMETRİ METAMİZOL SODYUM TAYİNİ KOMPLEKSOMETRİK TİTRASYONLAR EDTA TİTRASYONLARI EDTA İLE KOMPLEKSOMETRİK Ca +2 TAYİNİ ÇÖKTÜRME TİTRASYONLARI ARJANTİMETRİK Cl - TAYİNİ

3 KANTİTATİF ANALİTİK KİMYA UYGULAMALARINA GİRİŞ Kantitatif analiz yöntemleri, maddenin miktar tayinlerine dayalı analiz yöntemleridir. Günümüzde miktar tayinine yönelik birçok yöntem bilinmektedir. Pratik çalışmalarda miktarı tayin edilecek maddenin yapısal özelliklerinden hareketle; hassasiyet, doğruluk, güvenilirlik, uygulanabilme kolaylığı ve ekonomiklik bu yöntemlerden herhangi birinin seçiminde etken olur. Bu laboratuvarda volümetrik ve aletli analiz yöntemleri ile miktar tayinine yönelik çalışmalar yapılacaktır. Kalitatif (Nitel) Analiz Numunedeki bileşenlerin niteliklerinin belirlenmesi için yapılan analiz. Kantitatif (Nicel) Analiz Numunedeki bileşenlerin miktarlarını belirlemek için yapılan analiz. Kantitatif Analiz Yöntemleri Klasik (Yaş) Yöntemler Analiz, sadece kimyasal maddelerin çözeltileri kullanılarak gerçekleştiriyorsa buna yaş analiz denir. - Gravimetrik analiz - Volumetrik analiz Aletli (Enstrümantal) Yöntemler Analiz, cihaz kullanılarak gerçekleştiriliyorsa bu yöntemlere aletli analiz denir. - Spektroskopik analiz - Elektrokimyasal analiz - Kromatografik analiz VOLUMETRİK ANALİZ Volumetrik analiz, konsantrasyonu bilinen bir çözeltinin, analit ile reaksiyona giren hacminin ölçümüne dayanan kantitatif analiz metotlarıdır. Volumetrik analizin temeli maddelerin stokiyometrik oranlarda reaksiyona girmelerine dayanmaktadır. Örneğin; A + B AB reaksiyon denklemine göre A maddesi ile B maddesi 1:1 oranında reaksiyona girerler. Yani 1 mol A maddesi ile 1 mol B maddesi reaksiyona girdiğinde 1 mol AB maddesi oluşur. C + 2D CD2 reaksiyon denklemine göre ise C maddesi ile D maddesi 1:2 oranında reaksiyona girerler. Yani 1 mol C maddesi ile 2 mol D maddesi reaksiyona girdiğinde 1 mol CD2 maddesi oluşur. 2

4 Volumetrik Analiz Hesaplamalarına Giriş A + B AB Derişimi bilinmeyen bir A maddesinin derişimi bulunmak istendiğinde, bu madde derişimi bilinen bir B maddesi ile reaksiyona sokulur. Maddeler 1:1 oranında reaksiyona girdiklerinde reaksiyon sonunda (eşdeğerlik noktasında) mol sayıları eşit olacaktır: na = nb MA x VA = MB x VB Burada VA ve VB; A ve B maddelerinin reaksiyona giren hacimleri ve MB B maddesinin molaritesidir. Buradan hareketle A maddesinin molaritesi (MA) hesaplanır. Bu A maddesinin derişiminin birimi g/l olacak şekilde hesaplanmak istenirse, A maddesinin molaritesi, molekül ağırlığıyla çarpılır. C (g/l) = MA x A nın molekül ağırlığı Eğer stokiyometrik oran 1:1 den farklı ise hesaplamalarda bu oran dikkate alınmalıdır. Örneğin derişimi bilinmeyen bir C maddesinin derişimini, standardize D maddesi ile aşağıdaki reaksiyona sokarak bulmak istediğimizde oran 1:2 dir, yani 1 mol C, 2 mol D ile reaksiyona girmektedir. C + 2D CD2 Bu durumda öncelikle reaksiyon sonucunda harcanan D maddesinin mol sayısı bulunur. Eğer madde sıvı ise hacmi ve molaritesi üzerinden: n D = M D x V D Madde katı ise mol ağırlığı üzerinden D nin mol sayısı bulunabilir: n D = m D MA D D nin mol sayısı üzerinden reaksiyona giren C maddesinin mol sayısı bulunur: 2 mol D 1 mol C ile reaksiyona giriyorsa n D mol D x mol C ile reaksiyona girer. Bu orantıdan C nin mol sayısı olan x bulunur ve son olarak C nin molaritesi aşağıdaki formül üzerinden hesaplanır: M C = x V C Seyreltme Faktörü Analiz edilmek istenilen numuneler, genellikle seyreltildikten sonra analiz edilir. Bu seyreltmenin değişik nedenleri olabilir. Örneğin, numune çok derişik ise analiz öncesi seyreltme işlemi sayesinde analiz sırasında çok fazla reaktif harcanması önlenmiş olur. Bir 3

5 başka neden ise seyreltme sayesinde düşük hacimdeki bir numunenin miktarını artırıp birkaç parçaya bölerek daha fazla sayıda analiz yapılmasına olanak sağlamak olabilir. Yapılan bu seyreltme, hesaplamalarda dikkate alınmalıdır. Seyreltme oranı = Seyreltmeden önceki miktar / seyreltmeden sonraki miktar Seyreltme faktörü (SF) = seyreltmeden sonraki miktar / seyreltmeden önceki miktar Örneğin, 10 ml numune üzerine 90 ml distile su eklenirse toplam hacim 100 ml ye arttırılmış olunur. Bu durumda numune 10/100 oranında yani 1/10 oranında seyreltilmiş olur. Bu durumda seyreltme faktörü (SF): 100/10 = 10 olacaktır. Titrasyon sonucunda yukarıdaki hesaplamalara göre seyreltilmiş numune için yapılacak hesaplamalar sonrasında elde edilen konsantrasyon değeri seyreltme faktörü ile çarpıldığında asıl numunenin konsantrasyonu hesaplanabilir. Örnek: Derişik olduğu tahmin edilen 20 ml HCl numunesi öncelikle 100 ml ye distile su ile seyreltiliyor. Ardından bu seyreltilmiş numuneden alınan 25 ml örnek, 0.1 M 12.5 ml NaOH ile titre ediliyor. Buna göre başlangıçta verilen derişik numunenin molaritesi kaçtır? HCl + NaOH NaCl + H2O (reaksiyon mol oranı 1:1) Seyreltme faktörü = 100 / 20 = 5 mmolhcl = mmolnaoh MHCl x VHCl = MNaOH x VNaOH MHCl x 25 = 0.1 x 12.5 MHCl = 0.05 M (seyreltilmiş numunenin derişimi) Mnumune = MHCl x SF Mnumune = 0.05 x 5 Mnumune = 0.25 M 4

6 Standart Çözelti: Standart çözeltiler, tayin edeceğimiz madde ile kantitatif reaksiyona girebilen molaritesi kesin olarak belli olan çözeltilerdir. Örneğin bir baz çözeltisinin derişimi tayin edilecekse, standart çözelti olarak bir asit çözeltisi kullanılabilir. Standart çözelti gerekli reaktif miktarı hassas olarak tartılmak suretiyle hazırlanabilir. Standart çözeltinin kesin derişimi, bu maddeyle reaksiyona giren ve hassas olarak tartılabilen bir madde ile (primer standart madde) çözeltinin reaksiyonu sonucu hesaplanır. Primer Standart Madde: Çözeltisini ayarlayacağımız reaktif ile kantitatif reaksiyon veren ve laboratuvar şartlarında hassas olarak tartılabilen katı maddelerdir. Primer Standart Maddenin Özellikleri: 1)Saf olmalı veya saflık derecesi kesinlikle bilinmeli 2)Laboratuvar şartlarında kararlı olmalı. Yani kolayca yükseltgenmemeli, CO2 ile reaksiyon vermemeli ve nem çekmemeli. 3)Mümkünse billur suyu olmamalı, madde nem çekici ise kurutulup tartılması zor olabilir, kurutma esnasında billur suyunu da kaybedebilir. 4)Kurutma sıcaklığında bozunmamalı, kolayca sabit tartıma getirilebilmeli. 5)Eşdeğer tartısı büyük olmalı, tartımdan gelen hatalar eşdeğer tartımın büyük olması durumunda daha az bağıl hataya dönüşür. 6)Ayarlanacak çözelti ile uygun reaksiyon vermeli. 7)Kolay bulunur ve ucuz olmalı. Asit ayarlamasında kullanılan primer standart maddeler: KHCO3, TlCO3, Na2CO3.. Baz ayarlamasında kullanılan primer standart maddeler: KHC8H4O4, H2C2O4.2H2O, HC7H5O2.. Kantitatif Reaksiyonun Özellikleri 1) Reaksiyon belirli ve tek olmalı 2) Reaksiyon bir yönde meydana gelmeli 3) Reaksiyon hızlı olmalı 4) Reaksiyonun sonu tayin edilebilmeli 5) Reaksiyon tekrarlanabilmeli ve her defasında aynı sonucu vermeli 5

7 0.1 M 1 L HCl Çözeltisinin Hazırlanması (% 37 a/a saf, d= 1.19 g/cm 3 HCl den hareketle) m = d x V Konsantre HCl asitin 1000 ml sinin ağırlığı m = 1.19 x 1000 = 1190 gramdır. 100 g da 37 gram saf HCl varsa 1190 g da x x = g saf HCl vardır. 1 M 1 L HCl için 36.5 g HCl gerekiyorsa 0.1 M 1 L HCl için 3.65 g HCl gereklidir ml de g saf HCl varsa x 3.65 g HCl x = 8.3 ml de vardır. 1 Litrelik balon jojenin içerisine bir miktar distile su konulur*. Üzerine 8.3 ml konsantre HCl çözeltisi ilave edilip balon jojenin çizgisine kadar distile su ile tamamlanır. İyice karıştırılarak şişenin içerisine konulur. Etiketlenerek saklanır. *DİKKAT: Kesinlikle asitin üzerine su eklenmez, suyun üzerine asit eklenir. Asitin üzerine su eklenirse çözünme sırasında açığa çıkacak çok yüksek ısı nedeniyle patlama olabilir! 0.1 M 2.5 L NaOH Çözeltisinin Hazırlanması 1 L 1 M çözelti için 40 g NaOH gereklidir. 2.5 L 0.1 M 10 g NaOH gereklidir. 10 g NaOH saat camında tartılır*. Bir beher içerisinde yaklaşık 400 ml distile suda çözülür. 1 L lik balon jojeye aktarılır ve distile su ile tamamlanır. Bu çözelti 2.5L lik şişeye konulduktan sonra şişeye 1.5 L daha distile su ilave edilir. İyice karıştırılır. Etiketlenerek saklanır. *DİKKAT: NaOH bazı çok kuvvetli bir tahriş edicidir ve kesinlikle deriyle veya gözle temas etmemelidir! Temas halinde uzun süre suyla yıkayarak uzaklaştırılmalıdır. 6

8 NÖTRALİZASYON TİTRASYONLARI Asitlerle bazlar arasındaki reaksiyonlar nötralizasyon reaksiyonları olarak adlandırılır. Titrasyon, konsantrasyonu bilinmeyen bir analiti, standart bir çözelti ile reaksiyona sokarak konsantrasyonunu bulmamıza yarayan bir laboratuvar tekniğidir. Asit-baz titrasyonları nötralizasyon titrasyonları olarak da adlandırılır. Bazik bir maddenin standart bir asit çözeltisi ile titre edilerek konsantrasyonunun bulunmasına asidimetri, asidik bir maddenin standart bir baz çözeltisi ile titre edilerek konsantrasyonunun bulunmasına ise alkalimetri adı verilir. Asit-baz titrasyonlarının dönüm noktası, indikatör adı verilen ve ortamın ph si pka larına yaklaştığında renkleri değişen maddeler kullanılarak belirlenir. Bu nedenle nötralizasyon titrasyonlarında dönüm noktasına göre uygun indikatör seçilmelidir. Titrasyon eğrisi eklenen titrant (büretteki standart çözelti) hacmine karşı ph grafiğidir. Titrasyon eğrilerinin şekilleri, asit ve bazların kuvvetli veya zayıf olmalarına ve poliprotik olmalarına göre değişiklik gösterir. Titrasyon Tekniği Titrasyona başlamadan önce çözeltiler iyice çalkalanmalıdır. Öncelikle bilinen miktarda numune erlene koyulur ve üzerine birkaç damla uygun asitbaz indikatörü eklenir. Ardından standart çözelti bürete aktarılır. Bu çözelti aynı zamanda titrant olarak da adlandırılır. Son olarak, erlen bir elle sürekli olarak çalkalanırken titrant damla damla analitin bulunduğu erlene eklenir. Dönüm noktasını kaçırmamak için titrasyon çok yavaş bir şekilde gerçekleştirilmeli ve bir el sürekli olarak büretin musluğu üzerinde bulunmalıdır. 0.1 M NaOH ÇÖZELTİSİNİN STANDARDİZASYONU Deneyin yapılışı: gram arasında okzalik asit (H2C2O4.2H2O) dikkatlice tartılır ve tartım not edilir. Bu tartım, terazi üzerinde bulunan okzalik asitten istenen aralıktaki herhangi bir değer eksiltilinceye kadar okzalik asitin alınmasıyla yapılır (çift tartım yöntemi). Erlene 50 ml su eklenir ve karıştırılarak okzalik asitin çözünmesi sağlanır. 7

9 Erlene 1-2 damla fenol ftalein indikatörü eklenir. Büret standardize edilmek istenen NaOH ile doldurulur. Sızıntı veya hava kabarcığı kontrol edilir. Hacim okumaları menisküsün altından yapılacaktır. Titrasyona başlanır ve hafif pembe renk kalıcı (1-2 dakika) olarak görülünceye kadar devam edilir. Reaksiyon denklemi: H2C2O4 + 2NaOH Na2C2O4 + 2H2O (reaksiyon oranı 1:2) Hesaplamalar: Öncelikle tartılan okzalik asit miktarı üzerinden okzalik asitin mol sayısı hesaplanır: (MA H2 C 2 O 4.2H 2 O = g/mol) n C2 H 2 O 4.2H 2 O = m H2C2O4.2H2O Reaksyion denklemine göre: 1 mol C2H2O4.2H2O ile 2 mol NaOH reaksiyona girerse n C2 H 2 O 4.2H 2 O ile x mol NaOH reaksiyona girer Bu orantıdan NaOH nin mol sayısı (x = n NaOH ) hesaplanır ve x ten hareketle NaOH nin molaritesi hesaplanır: Okzalik asit tartımı: M NaOH = x V NaOH Desikatör içerisinden okzalik asit içeren kroze alınır ve önceden sıfırlanmış bir teraziye koyulur. Ekranda yazan değer not edilir (Örneğin g) g aralığında okzalik asit alabilmek için; = = Spatül ile stoktan öyle bir miktar eksiltmeliyiz ki, terazi üzerinde kalan miktar g g arasında olmalı. Örneğin terazi üzerinde kalan miktar ise = gram okzalik asit tartmışızdır. Ardından üzerinde okzalik asit olan spatülü erlenin içine koyup, spatülün ucunda kalabilecek okzalik asitleri de yıkayarak erlene su eklenir. 8

10 0.1 M HCl ÇÖZELTİSİNİN STANDARDİZASYONU Deneyin yapılışı: 10 ml HCl örneği erlene alınır ve üzerine 1-2 damla fenol ftalein indikatörü eklenir. Büret standardize edilmiş NaOH çözeltisi ile doldurulur. Kalıcı (1-2 dakika) hafif pembe renk oluşuncaya kadar titre edilir. Reaksiyon denklemi: HCl + NaOH NaCl + H 2 O (reaksiyon mol oranı 1:1) Hesaplamalar: Öncelikle standart NaOH çözeltisinin mol sayısı titrasyonda harcanan NaOH nin miktarı (ml) ve NaOH nin molaritesi kullanılarak hesaplanır: n NaOH = M NaOH x V NaOH Reaksiyon denklemine göre: 1 mol NaOH ile 1 mol HCl reaksiyona girerse n NaOH ile x mol HCl reaksiyona girer Bu orantıdan HCl nin mol sayısı (x = n HCl ) hesaplanır ve x ten hareketle HCl nin molaritesi hesaplanır: M HCl = x V HCl 9

11 ASPİRİN % SAFLIK TAYİNİ Deneyin yapılışı: g civarında çift tartım yöntemi ile hassas olarak tartılmış katı numune erlene alınır ve tartılan miktar not edilir. Üzerine 25 ml % 60 lık (h/h) etanol eklenip çalkalanarak olabildiğince çözülmesi sağlanır. (Aspirinin suda çözünürlüğü az olduğu için alkol çözeltisi kullanılır.) Erlene 1-2 damla fenol ftalein indikatörü damlatılarak bürette bulunan ayarlı NaOH çözeltisi ile kalıcı pembe renk oluşana dek titre edilir. Reaksiyon denklemi: Hesaplamalar: Numunenin saf aspirin içeriği % olarak hesaplanacaktır. (MA aspirin = 180 g/mol) Öncelikle titrasyon sırasında harcanan NaOH in mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. n NaOH = M NaOH V NaOH Reaksiyon denklemine göre: 1 mol NaOH 1 mol aspirin ile reaksiyona girerse n NaOH ile x mol aspirin ile reaksiyona girer. Bu orantıdan reaksiyona giren aspirinin mol sayısı (x = n aspirin ) tartılan ve toz halinde bulunan aspirinin mol sayısıdır. Buradan hareketle tartılan tozda kaç gram saf aspirin olduğu hesaplanır. m aspirin = x MA aspirin Bulunan saf aspirin miktarının tartılan numunenin % kaçı olduğu hesaplanarak aspirin numunesinin % saflığı bulunur. % saflık = m aspirin m tartım

12 H3BO3 (BORİK ASİT) TAYİNİ Deneyin yapılışı: Her öğrenci 100 ml lik balon joje içinde 5 ml hacminde ve farklı konsantrasyonlarda borik asit çözeltisi teslim alacaktır. Balon joje içindeki çözelti distile su ile 100 ml ye tamamlanır. Balon joje içindeki seyreltilmiş çözeltiden bullu pipetle alınarak bir erlene koyulur. Erlen içine 1:1 oranında seyreltilmiş ve nötralize edilmiş gliserolden 10 ml eklenir. (Gliserol çözeltisi öğrencilere hazır olarak verilecektir.) Erlene 2 damla fenol ftalein indikatörü damlatılır. Bürette bulunan ayarlı NaOH çözeltisi ile kalıcı pembe renk oluşana dek titre edilir. Reaksiyon denklemi: Hesaplamalar: Asıl numunedeki borik asit konsantrasyonu g/l ve % (a/h) cinsinden hesaplanacaktır. (MA H3 BO 3 = 61.82) Öncelikle titrasyon sırasında harcanan NaOH nin mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanır. Reaksiyon denklemine göre: n NaOH = V NaOH M NaOH 1 mol NaOH 1 mol H3BO3 ile reaksiyona girerse n NaOH x mol H3BO3 ile reaksiyona girer. Bu orantıdan seyreltilmiş numunedeki H3BO3 in mol sayısı (x = n H3 BO 3 ) hesaplanır ve x ten hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M H3 BO 3 = x V H3 BO 3 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (M numune ) hesaplanır. 11

13 M numune = M H3 BO 3 SF Asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için numunenin molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = M numune Asıl numunenin konsantrasyonu % (a/h) cinsinden hesaplanır. % (a/h) = g 100 ml C(g/L) = g 1000 ml % (a/h) = C(g/L) x 10 Asıl numune kullanılarak antiseptik amaçlı kullanılabilecek 100 ml hacminde % 2 (a/h) borik asit çözeltisinin nasıl hazırlanması gerektiği seyreltme hesapları ile birlikte rapor edilir. 12

14 CaCO3 % SAFLIK TAYİNİ CaCO3 suda çözünmediği için, doğrudan titre edilemez. Bu nedenle, geri titrasyon yöntemi kullanılarak analiz edilir. Geri titrasyonda, tayin edilecek numunenin (A) üzerine, onunla reaksiyon veren bir B maddesinin ayarlı çözeltisinin aşırısı ilave edilir. Gerçekleşen reaksiyon sonucunda, ortama aşırısı ilave edilen maddeden (B maddesi) bir kısmı artmış olarak bulunacaktır. Geriye kalan B maddesi ile reaksiyon verebilen bir C maddesinin ayarlı çözeltisi yardımıyla gerçekleşen bir titrasyon işlemi uygulanacaktır. Bu işlemler bütünü Geri Titrasyon olarak adlandırılmaktadır. Deneyin Yapılışı: Eczacı paketleri içerisinde verilen CaCO3 numunesi içerisinden g civarında katı, çift tartım yöntemi ile hassas olarak tartılır ve bir erlen içerisine konulur. Bir büret kullanılarak erlendeki numune üzerine tam olarak 50 ml ayarlı HCl çözeltisi eklenir. İlave edilen asidin bir kısmı aşağıdaki reaksiyon gereğince CaCO3 ile reaksiyona girer. Devamında erlen, bek alevi üzerinde 2-3 dakika ısıtılır ve numunedeki CO2 nin uçurulması sağlanır. Ortamda reaksiyona girmeden kalan HCl in aşırısı 1-2 damla fenol ftalein indikatörü damlatıldıktan sonra ayarlı NaOH ile kalıcı pembe renk elde edilinceye kadar titre edilir. Reaksiyon denklemi: CaCO3 + 2HCl HCl + NaOH CaCl2 + H2O + CO2 NaCl + H2O Hesaplamalar: Harcanan NaOH in mol sayısı aşağıdaki gibi hesaplanır. n NaOH = M NaOH V NaOH 13

15 Reaksiyon denklemine göre 1 mol NaOH 1 mol HCl ile reaksiyona girerse n NaOH mol NaOH ile x mol HCl ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonda NaOH ve HCl in mol oranları 1:1 olduğu için NaOH ile reaksiyon giren HCl nin mol sayısı (x), harcanan NaOH nin mol sayısına eşittir. Erlene eklenen HCl nin toplam mol sayısı aşağıdaki gibi hesaplanır. n HCl(toplam) = M HCl V HCl Eklenen HCl nin toplam mol sayısından, NaOH ile reaksiyon giren HCl nin mol sayısı çıkarıldığında CaCO3 ile reaksiyona giren HCl nin mol sayısı bulunur. CaCO3 ile reaksiyona giren HCl nin mol sayısı = n HCl(toplam) x Reaksiyon denklemine göre: 2 mol HCl 1 mol CaCO3 ile reaksiyona girerse n HCl(toplam) x y mol CaCO3 ile reaksiyona girer. Bu orantıdan bulunan y, reaksiyona giren CaCO3 ın mol sayısı, yani tartılan tozda bulunan CaCO3 ün mol sayısıdır. Buradan hareketle tartılan tozdaki saf CaCO nun kütlesi hesaplanır. (MA CaCO3 = 100 g/mol) m CaCO3 = y MA CaCO3 Bulunan saf CaCO3 miktarının, tartılan numunenin % kaçı olduğu hesaplanarak CaCO3 numunesinin % saflığı bulunur. % saflık = m CaCO 3 m tartım

16 H3PO4 (FOSFORİK ASİT) TAYİNİ İyonlaştığında birden fazla H + veren asitlere poliprotik asitler denir. Poliprotik asitlere, fosforik asit (H3PO4), karbonik asit (H2CO3) sülfürik asit (H2SO4), okzalik asit (H2C2O4) örnek verilebilir. 3 proton içeren fosforik asitin birbirinden farklı üç asitliği vardır. H3PO4 üç basamakta iyonlaşır. Her basamakta bir proton verir ve her bir basamak için tesir değerliği 1 olur. Böylece toplam tesir değerliği 3 tür. Fosforik asitin 3. asitliği (Ka3 = 4,20x10-13 ) sulu ortamda titre edilemez. Çünkü bu ortamda titre edilebilecek kadar kuvvetli değildir. Deneyin yapılışı: Her öğrenci 100 ml lik balon joje içinde 20 ml hacminde ve farklı konsantrasyonlarda fosforik asit çözeltisi teslim alacaktır. Balon joje içerisindeki numune distile su ile 100 ml ye tamamlanır. İçerisinden 25 ml lik kısmı erlene aktarılır. 2 damla bromkrezol yeşili ve 2 damla fenolftalein indikatörü damlatılır ve ayarlı NaOH ile mavi yeşil renk elde edilinceye kadar titre edilir. Harcanan NaOH miktarı (V1) not edilir. Aynı numune ile menekşe rengi dönüm noktası elde edilinceye kadar titrasyona devam edilir ve harcanan NaOH miktarı (V2) not edilir. Reaksiyon Denklemi: H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O Ka1 = 7,11x10-3 (Brom krezol yeşili dönüm noktasında) NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O Ka2 = 6,34x10-8 (Fenol ftalein dönüm noktasında) H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + 2H2O Toplam asitlik Hesaplamalar: Asıl numunedeki fosforik asit konsantrasyonu g/l cinsinden hesaplanacaktır. MAH = 98 3PO4 g/mol 1. Asitliğin tayini Öncelikle titrasyon sırasında harcanan NaOH nin mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. nnaoh = MNaOH x V1NaOH Reaksiyon denklemine göre: 1 mol NaOH ile 1 mol H3PO4 ile reaksiyona girerse n NaOH ile x mol H3PO4 ile reaksiyona girer. 15

17 Bu orantıdan x (seyreltilmiş numunedeki H3PO4 in mol sayısı) hesaplanır ve x den hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M H3PO4 = x / V H3PO4 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (Mnumune) hesaplanabilir. Mnumune = M H3PO4 x SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = Mnumune x Asitliğin tayini Öncelikle titrasyon sırasında harcanan NaOH nin mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. nnaoh = MNaOH x V2NaOH M H3PO4 = n H3PO4 / V2 H3PO4 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (Mnumune) hesaplanabilir. Mnumune = M H3PO4 x SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = Mnumune x 98 Toplam asitliğin (1. ve 2. asitliğin) tayini: Balonjoje içerisindeki numune distile su ile 100 ml ye tamamlanır. İçerisinden 25 ml lik kısmı erlene aktarılır. 2 damla fenolftalein indikatörü damlatılarak ayarlı NaOH ile kalıcı pembe renk elde edilinceye kadar titre edilir. Öncelikle titrasyon sırasında harcanan NaOH nin mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. nnaoh = MNaOH x VNaOH Reaksiyon denklemine göre: 2 mol NaOH ile 1 mol H3PO4 ile reaksiyona girerse n NaOH ile n H3PO4 mol H3PO4 ile reaksiyona girer. Bu orantıdan n H3PO4 (seyreltilmiş numunedeki H3PO4 in mol sayısı) hesaplanır ve n H3PO4 den hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M H3PO4 =n H3PO4/V H3PO4 16

18 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (Mnumune) hesaplanabilir. Mnumune= M H3PO4 x SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L)=Mnumune x 98 17

19 REDOKS TİTRASYONLARI Analit ve titrant arasında gerçekleşen indirgenme-yükseltgenme reaksiyonlarına dayanan titrasyonlara redoks titrasyonları adı verilir. PERMANGANOMETRİ Standart çözelti olarak potasyum permanganat (KMnO4) kullanılan titrasyonlara ise permanganometri denir. MnO 4 asidik ve bazik ortamda farklı yarı reaksiyonlar verir ve bunlar aşağıdaki gibidir. Asidik ortam : MnO 4 + 8H + + 5e Mn H 2 O Bazik ortam : MnO 4 + 2H 2 O + 3e MnO 2 + 4OH Bu laboratuvar kapsamında permanganometrik titrasyonlar asidik ortamda gerçekleştirilecektir. Permanganometrik titrasyonlarda indikatör kullanmaya gerek yoktur. MnO 4 çözeltisi koyu mor renge sahiptir fakat indirgenme ürünü olan Mn +2 renksizdir. Erlende pembe-mor rengin oluşması, çözeltide permanganatı mangan katyonuna indirgeyen türün tükendiğini, çözeltiye eklenen MnO 4 nin indirgenmeden kaldığını, yani reaksiyonun dönüm noktasını gösterir. Bu nedenle, KMnO4 bir otoindikatördür M 1 L KMnO4 Çözeltisinin Hazırlanması 0.02 mol KMnO4 e karşılık gelen kütlenin g kadar fazlası ( g) tartılarak bir beher içerisine konulur. (KMnO4: g/mol) Behere ml saf su eklendikten sonra katı, cam bir bagetle karıştırılarak çözülür. Çözünen kısım 1 L lik balon jojeye aktarılır. Çözünmeyen kısmın üzerine ml saf su eklenerek bagetle karıştırılır ve çözünen kısım aynı balon jojeye aktarılır. Beherdeki tüm KMnO4 çözünene kadar bu işlem tekrar edilir. (Dikkat! Toplam hacmin 1 L yi geçmemesine dikkat ediniz.) Balon joje 1 L işaretine kadar distile suyla tamamlanıp çalkalanarak KMnO4 ün tamamının çözündüğünden emin olunur. Çözelti koyu renkli şişeye konularak 1 hafta karanlıkta bekletilir. 1 hafta sonra KMnO4 çözeltisi cam pamuğundan süzülerek temiz bir koyu renkli şişeye aktarılır ve karanlıkta saklanır. KMnO4 Çözeltisinin Ayarlanması Deneyin yapılışı: g civarında çift tartım yöntemi ile hassas olarak tartılmış okzalik asit (H2C2O4.H2O) bir erlen içinde yaklaşık 100 ml distile su ile çözülür. Üzerine 10 ml ½ oranında seyreltilmiş H2SO4 eklenir (Asit çözeltisi öğrencilere hazır olarak verilecektir). Erlen önce amyant tel üzerinde yaklaşık 3-4 dakika kaynatılmadan ısıtılır sonra elle rahat tutulacak sıcaklığa gelene kadar soğutulur. Erlendeki çözelti KMnO4 ile kalıcı pembe renk elde edilinceye kadar titre edilir. 18

20 Bankodaki her öğrenci titrasyon yaparak KMnO4 molaritesini hesaplar. Sonuçlar görevli asistana gösterilerek uygun değerler üzerinden ortalama değer hesaplanır. Reaksiyon denklemi: 2/ MnO 4 + 8H + + 5e Mn H 2 O 5/ C 2 O 4 2 2CO 2 + 2e... Hesaplamalar: 2MnO H + + 5C 2 O 4 2 2Mn H 2 O + 10CO 2 Öncelikle titrasyon sırasında kullanılan okzalik asitin mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. (H 2 C 2 O 4. H 2 O : g/mol) n H2 C 2 O 4.H 2 O = m H 2 C 2 O 4.H 2 O MA H2 C 2 O 4.H 2 O Reaksiyon denklemine göre: n H2 C 2 O 4.H 2 O = n H2 C 2 O 4 5 mol H2C2O4 2 mol KMnO4 ile reaksiyona girerse n H2 C 2 O 4 x mol KMnO4 ile reaksiyona girer. Titrasyonda harcanan KMnO4 ın mol sayısı (x = n KMnO4 ) kullanılarak KMnO4 ün molaritesi hesaplanır. M KMnO4 = x V KMnO4 19

21 FeSO4 TAYİNİ Deneyin yapılışı: Bu deneyde Fe +2 iyonu sülfürik asitli ortamda permanganat iyonu ile kantitatif olarak Fe +3 iyonuna yükseltgenir. Balonjojede verilen 20 ml FeSO4 numunesi distile su ile 100 ml ye seyreltilir ve iyice karıştırılır. Balonjojeden alınan 25 ml lik seyreltik numune bir erlene alınır ve üzerine 10 ml ½ oranında seyreltilmiş H2SO4 eklenir ml saf su eklendikten sonra standart KMnO4 çözeltisi ile kalıcı pembe renge kadar titre edilir. Reaksiyon denklemi: - MnO4 + 5Fe H + Mn Fe H2O Hesaplamalar: Asıl numunedeki demir sülfat konsantrasyonu g/l cinsinden hesaplanacaktır. (MA FeSO4 = 152 g/mol) Titrasyon sırasında harcanan KMnO4 ün mol sayısı, titrasyonda harcanan KMnO4 ün hacmi ve KMnO4 ün molaritesi kullanılarak aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. Reaksiyon denklemine göre: n KMnO4 = M KMnO4 V KMnO4 1 mol KMnO4 5 mol FeSO4 ile reaksiyona girerse n KMnO4 x mol FeSO4 ile reaksiyona girer. Bu orantıdan seyreltilmiş numunedeki FeSO4 ın mol sayısı (x = n FeSO4 ) hesaplanır ve x ten hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M FeSO4 = x V FeSO4 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi, seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (M numune ) hesaplanabilir. M numune = M FeSO4 SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = M numune

22 İYODİMETRİ VE İYODOMETRİ İyotla yapılan titrasyonlar İyot iyi bir yükseltgeyici ajandır. İyot/iyodür (I2/I - ) sistemi, standart redoks potansiyelleri kuvvetli yükseltgenlerle kuvvetli indirgenler arasında olduğu için geniş bir kullanım alanına sahiptir. Kuvvetli yükseltgenler iyodür anyonunu iyota yükseltgerken, kuvvetli indirgenler de iyotu iyodüre indirgerler. İyot suda çok az çözündüğü için KI ilave edilmek suretiyle I3 - (triiyodür) kompleksi oluşturularak çözünmesi sağlanır: I2 + I - I3 - Triiyodür/iyodür (I3 - /I - ) çifti ile I2/I - çiftinin indirgenme potansiyelleri aynı olduğu için (0.54 V) reaksiyonlarda I3 - yerine I2 yazılabilir. İyot titrasyonları iyodimetri (Direkt yöntem) ve iyodometri (İndirekt yöntem) olarak ikiye ayrılır: İyodimetri (Direkt yöntem): Bu yöntemde indirgeyici bir analit, standart iyot çözeltisi kullanılarak titre edilir. Reaksiyon ortamı nötral veya hafif asidiktir. Standart indirgenme potansiyeli, I2/I - çiftinin potansiyelinden daha düşük yükseltgenme potansiyeli olan maddeler iyot tarafından yükseltgenirler. İyodometri (İndirekt yöntem): Bu yöntemde yükseltgeyici bir analitin üzerine iyodürün (I - ) aşırısı eklenir, açığa çıkan iyot standart tiyosülfat çözeltisi ile titre edilir. Bu reaksiyonun avantajı iyotun rengi nedeniyle çok az iyot olsa bile kolayca fark edilebilmesidir. İyot reaksiyonları alkali ortamda uygulanamaz çünkü bu durumda bir iç redoks (aynı maddenin hem indirgenmesi hem de yükseltgenmesinin olduğu tepkime) gözlenir. İyot titrasyonlarında indikatör olarak nişasta kullanılır. İyot nişasta ile çok şiddetli bir mavi renge sahip kompleks meydana getirir. İyodimetride reaksiyonun bitişi analitin tükenmesi ve iyotun nişasta ile mavi renk oluşturmasıyla anlaşılır. İyodometride ise titrasyonun başında erlende iyot bulunacağı için nişasta ile mavi renk oluşur ve titrasyon sonunda tüm iyot iyodüre dönüşeceğinden bu renk kaybolur. İyot çözeltisinin ayarlanması İyot çözeltisi arsenit (AsO3-3 ) kullanılarak standardize edilir. Bunun için molaritesi bilinen 10 ml arsenit üzerine 1 g NaHCO3 eklenir ve iyot çözeltisi ile titre edilmeye başlanır. Titrasyonun sonlarına doğru 1 ml nişasta eklenir ve mavi renge kadar titre edilir. 21

23 METAMİZOL SODYUM TAYİNİ Metamizol sodyum suda çok dayanıksız olduğu için, erlene su ekledikten sonra bekletilmeden titrasyona başlanmalıdır. Metamizol sodyumun iyotla verdiği reaksiyon bir katılma (addisyon) reaksiyonudur. Deneyin yapılışı: Eczacı paketi içerisinde verilmiş olan metamizol sodyum tabletleri (her bankoya bir paket verilecektir) hassas terazide tartılır. Tartılan tablet sayısı ve ağırlıkları not edilir ve bir tablete denk gelen miktar hesaplanır. Ardından bir havanda bütün tabletler toz haline getirilir ve bu numuneden bir tablete denk gelen miktar tartılarak erlene alınır. Üzerine 5 ml su ve 5 ml 0.02 M HNO3 ilave edilir. Beklenmeden titrasyona başlanır, titrasyonun sonlarına doğru (sorumlu asistanınıza danışın) 1 ml nişasta eklenip mor renk (2 dakika kadar dayanıklı) elde edilinceye kadar standart iyot çözeltisi ile titre edilir. Reaksiyon denklemi: Hesaplamalar: Bir tablet içerisindeki mg metamizol sodyum miktarı hesaplanacaktır. (MA metamizol sodyum = 352 g/mol) Öncelikle titrasyon sırasında harcanan iyodun mol sayısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. Reaksiyon denklemine göre: n iyot = M iyot V iyot 1 mol iyot 1 mol metamizol sodyum ile reaksiyona girerse n iyot ile x mol metamizol sodyum ile reaksiyona girer. Bu orantıdan reaksiyona giren metamizol sodyumun mol sayısı (x = n metamizol sodyum ) tartılan tozda bulunan metamizol sodyumun mol sayısıdır. Buradan hareketle bir tablette kaç mg metamizol sodyum olduğu hesaplanır. m metamizol sodyum = x MA metamizol sodyum 22

24 KOMPLEKSOMETRİK TİTRASYONLAR Bir veya birkaç merkez atomu ile buna bağlanmış ligantların oluşturduğu yapılara kompleks adı verilir. Merkez atom sayısına göre komplekslere mononükleer (tek çekirdekli) veya polinükleer (çok çekirdekli) adı verilir. Bir ligant elektron vericisi olan birden fazla grup içeriyorsa bu gruplar aynı merkez atomu ile koordinasyon yapabilir ve sonuçta halka kapanması ile oluşan şelat kompleksleri oluşur. Buna örnek olarak demir merkez atomuna halka kapanması ile şelat oluşturan protoporfrin verilebilir. Bu şelat heme olarak adlandırılır ve globin ile birlikte hemoglobini oluşturur. Heme nin (protoporfrin + Fe +2 ) molekül formülü EDTA TİTRASYONLARI EDTA (Etilen Diamin Tetra Asetik asit) EDTA +2 ve +3 değerlikli iyonlarla 1:1 mol oranında birleşmiş kompleksler oluşturur. EDTA ikisi azot atomları üzerinde ve dördü karboksil atomları üzerinde bulunan altı ortaklanmamış elektron çiftini kullanarak metallerle altı dişli (hekzadentat) kompleksleri oluştururlar. EDTA suda çözünen sodyum tuzları halinde piyasada satılmaktadır. Bu durumda kapalı formülü Na2H2Y.2H2O şeklinde gösterilir. Kompleks yaptığı merkez atomunun yükü ne olursa olsun 2H + açığa çıkar. M +2 + H2Y -2 MY H + M +3 + H2Y -2 MY - + 2H + 23

25 EDTA titrasyonlarında metal indikatörleri kullanılır. Bu indikatörlerin renk değiştirmesi ortamda metal bulunmasına bağlı olduğu için böyle adlandırılırlar. Eriokrom siyahı T, müreksid, pirokateşol viyole, variamin mavisi B, ksilenol turuncusu, hızlı sülfon siyahı F metal indikatörlerine örnek olarak verilebilir. EDTA İLE KOMPLEKSOMETRİK Ca +2 TAYİNİ Deneyin yapılışı: Balonjojedeki numune 100 ml ye tamamlanır ve içerisinden bullu pipetle alınan 20 ml lik kısım erlene aktarılır. Üzerine 10 ml ph 10 tamponu ve 50 ml civarında saf su eklenir. 2 damla Eriokrom siyahı T indikatörü ilave edildiğinde bu indikatör erlende bulunan kalsiyum katyonu ile kırmızı renkli bir kompleks oluşturur. Bu kompleks EDTA ile titre edildiğinde, EDTA kalsiyum ile kompleks oluşturmaya ve indikatör de serbest kalmaya başlar. Kırmızı rengin mavi renge dönmesi reaksiyonun bittiğini ve tüm kalsiyumun EDTA ile kompleks oluşturduğunu gösterir. Böylece çözelti serbest haldeki Eriokrom siyahı T nin mavi rengini almıştır. Hesaplamalar: Asıl numunedeki kalsiyum konsantrasyonu g/l cinsinden hesaplanacaktır. (MA Ca 2+ = 40 g/mol) Öncelikle kompleks oluşturan EDTA nın mol sayısı, EDTA nın molaritesi ve titrasyonda harcanan EDTA nin hacmi kullanılarak aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. Reaksiyon denklemine göre: n EDTA = M EDTA V EDTA 1 mol EDTA 1 mol Ca +2 ile kompleks oluşturursa n EDTA x mol Ca +2 ile kompleks oluşturur. Bu orantıdan seyreltilmiş numunedeki Ca +2 un mol sayısı (x = n Ca +2 ) hesaplanır ve x ten hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M Ca +2 = x V Ca +2 Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (M numune ) hesaplanabilir. M numune = M Ca +2 SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = M numune 40 24

26 ÇÖKTÜRME TİTRASYONLARI Titrasyonda dönüm noktasının çökelek oluşumu sayesinde belirlendiği titrasyonlara çöktürme titrasyonları denir. ARJANTİMETRİK Cl - TAYİNİ Klorür tayininde en çok kullanılan yöntem arjantimetrik yöntemdir. Arjantimetrik titrasyonlar da üç farklı tipten indikatör kullanılabilir ve buna göre de yöntem üç farklı isimle isimlendirilir. Bunlar Mohr, Volhard ve Fajans yöntemleridir. Bu yöntemler içinde en kullanışlı olanı Mohr yöntemidir. Mohr yönteminin prensibi klorür iyonlarının gümüş iyonları ile çökelek vermesine dayanmaktadır. Deneyin yapılışı: Balon jojede verilen 20 ml lik numune belirli hacme tamamlanır. İçerisinden 20 ml alınır, çözeltisi üzerine 20 ml distile su ve 2 damla %10 luk (a/h) K2CrO4 alınır. Bir spatül ucu NaHCO3 ilave edilir ve gaz çıkısı sona erene kadar beklenir. Bürete, ayarlı 0.1 M AgNO3 çözeltisi konulur ve çözeltide kırmızı-kahverengi renk meydana gelinceye kadar ayarlı AgNO3 ile titre edilir. Gümüş klorürün çözünürlüğü, gümüş kromatın çözünürlüğünden küçük olduğu için, kromat konsantrasyonu çok yüksek tutulmamak kaydıyla, tüm klorürler gümüş klorür halinde çöktükten sonra gümüş kromatın çökmesi başlar. (Ag2CrO4 için Kçç = 2x10-12, AgCI için Kçç = 1.56x10-10 ) Ortamdaki bütün Cl - iyonları Ag + iyonları ile AgCl olarak çöktükten sonra, ortamda bulunan Ag + iyonları CrO4-2 ile birleşerek çözünmeyen kırmızı-kahverengi renkli gümüş kromat (Ag2CrO4) oluşturur. AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 (asıl reaksiyon) 2AgNO3 + K2CrO4 Ag2CrO4 + 2KNO3 (İndikatör reaksiyonu) Ag2CrO4 ün çözünürlüğü sıcakta hızla arttığından titrasyon oda sıcaklığında yapılmalıdır. Bu tayinde ortamın ph si de önemlidir. Asidik çözeltilerde kromatın bikromata dönüştüğü de unutulmamalıdır. Hesaplamalar: 2CrO H + Cr2O H2O Asıl numunedeki sodyum klorür konsantrasyonu g/l cinsinden hesaplanacaktır. (MA NaCl = 58.5 g/mol) Titrasyon sırasında harcanan AgNO3 ün mol sayısı, titrasyonda harcanan AgNO3 ün hacmi ve AgNO3 ün molaritesi kullanılarak aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. n AgNO3 = M AgNO3 V AgNO3 25

27 Reaksiyon denklemine göre: 1 mol AgNO3 1 mol NaCl ile reaksiyona girerse n AgNO3 x mol NaCl ile reaksiyona girer. Bu orantıdan seyreltilmiş numunedeki NaCl nin mol sayısı (x = n NaCl ) hesaplanır ve x ten hareketle seyreltilmiş numunenin molaritesi hesaplanır: M Nacl = x V NaCl Ardından seyreltilmiş numunenin molaritesi seyreltme faktörü ile çarpılarak asıl numunenin molaritesi (M numune ) hesaplanabilir. M numune = M NaCl SF Son olarak asıl numunenin konsantrasyonunu g/l cinsine çevirebilmek için molaritesi molekül ağırlığıyla çarpılır: C(g L) = M numune