T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI KİMYA TEKNOLOJİSİ BAZ MİKTARI TAYİNİ 524KI0048

Transkript

1 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI KİMYA TEKNOLOJİSİ BAZ MİKTARI TAYİNİ 524KI0048 Ankara, 2011

2 Bu modül, mesleki ve teknik eğitim okul/kurumlarında uygulanan Çerçeve Öğretim Programlarında yer alan yeterlikleri kazandırmaya yönelik olarak öğrencilere rehberlik etmek amacıyla hazırlanmış bireysel öğrenme materyalidir. Millî Eğitim Bakanlığınca ücretsiz olarak verilmiştir. PARA İLE SATILMAZ.

3 İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR... İİ GİRİŞ... 1 ÖĞRENME FAALİYETİ ,1 N HCL ÇÖZELTİSİNİN HAZIRLANMASI VE AYARLANMASI Asit Baz Titrasyonları Asit Baz İndikatörleri ph Kavramı Asit Baz Titrasyon Eğrileri ,1 N HCl Çözeltisinin Hazırlanması Çözeltilerin Ayarlanması Volümetrik Analiz ,1 N HCl Çözeltisinin Ayarlanması UYGULAMA FAALİYETİ ÖĞRENME FAALİYETİ BAZ MİKTARI TAYİNİ Sodyum Hidroksit Miktarının Tayini Amonyak Miktar Tayini UYGULAMA FAALİYETİ ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARLARI KAYNAKÇA i

4 AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR KOD ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI 524KI0048 Kimya Teknolojisi Kimya Laboratuvarı Baz Miktarı Tayini Bu modül, asit çözeltisi hazırlama, ayarlayabilme ve ayarlı asit çözeltisiyle baz miktarı tayini yapabilme ile ilgili bilgi ve becerisinin kazandırıldığı öğrenme materyalidir. SÜRE 40/32 ÖN KOŞUL YETERLİK MODÜLÜN AMACI EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Baz miktarı tayini yapmak Genel Amaç Gerekli ortam sağlandığında, öğrenci, bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, asit-baz miktarı tayini yapabilecektir. Amaçlar 1. Asit çözeltisi hazırlayabilecek ve ayarlayabileceksiniz. 2. Ayarlı asit çözeltisiyle baz miktarı tayini yapabileceksiniz. Ortam: Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, ev, bilgi teknolojileri ortamı (internet) vb. kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar Donanım: Projeksiyon, bilgisayar, DVD çalar, televizyon, tartım aleti, balon joje, mezür, büret, erlen, bek, üçayak, amyant tel ve spatül Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Öğretmen modül sonunda ölçme aracı (çoktan seçmeli test, doğru-yanlış testi, boşluk doldurma, eşleştirme vb.) kullanarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek sizi değerlendirecektir. ii

5 GİRİŞ Sevgili Öğrenci, GİRİŞ Bu modül ile 0,1 N HCl hazırlamayı, ayarlamayı, ayarlı asit çözeltisi ile baz miktarı tayini yapmayı öğreneceksiniz. Modülden kazandığınız yeterlik ile yapacağınız birçok kimyasal işlemde baz miktarı tayininin önemini de kavramış olacaksınız. Yanlış yapılabilecek ölçümlerin deney sonuçlarını nasıl olumsuz etkilediğini de zamanla göreceksiniz. Bu nedenle modülü dikkatle takip ederek meslek hayatınızda sürekli kullanacağınız işlemleri yerinde ve zamanında öğrenmeniz sizin lehinize olacaktır. Bu modülü başarı ile bitirerek kimya analizlerinde önemli bir yer tutan asit baz titrasyonları konusunda önemli bilgileri kazanmış ve uygulamaya hazır hâle gelmiş olacaksınız. Yine bu modül ile baz miktarı tayinini doğru bir şekilde yapabileceksiniz. Milletimizin bilimsellik adına gelişimini sağlamak için her genç gibi siz de üzerinize düşen görevi en iyi şekilde yapmalı ve çok çalışmalısınız. Unutmamalısınız ki çalışmak başarının anahtarıdır. 1

6 2

7 ÖĞRENME FAALİYETİ 1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-1 Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak 0,1 N HCl çözeltisini hazırlayabileceksiniz. ARAŞTIRMA HCl çözeltisinin kullanım alanlarını araştırınız. 1. 0,1 N HCL ÇÖZELTİSİNİN HAZIRLANMASI VE AYARLANMASI 1.1. Asit Baz Titrasyonları Asit-baz titrasyonları, asit ve baz örneklerinin analizi için en duyarlı ve en çabuk analiz yöntemidir.birçok inorganik asit veya baz ile yüzlerce organik asit ve baz bu yöntemle analiz edilir. Organik bileşikler daha çok susuz çözücülerde titre edilir. Temel amaç asit ya da bazın derişimini tespit etmektir. Buradan da çözeltinin ph değerini kolayca hesaplayabiliriz. Bir çözeltideki asit miktarını ölçmek için çoğunlukla kuvvetli bir baz, mesela sodyum hidroksit, bir baz miktarını ölçmek için ise kuvvetli bir asit, mesela hidroklorik asit kullanılır Asit Baz İndikatörleri Asit-baz indikatörlerinin hemen hemen tamamı organik boyalar olup belli ph aralıklarında renk değiştirirler. Her indikatörün ph aralığı farklıdır. Organik indikatörler zayıf asit ya da zayıf baz özelliğinde olup ortamın asitliğine göre farklı renktedir. Genelde indikatörler HIn sembolü ile gösterilir. Bu indikatörlerin ayrışma tepkimeleri yazılacak olursa; HIn In - + H + asit şekli baz şekli dengesi kurulur. Dengenin sağa veya sola kayması, ortamda bulunan hidrojen iyonlarının derişimine bağlıdır. Hidrojen iyonu derişiminin artması, yani ortamın asitli olması dengenin sola; azalması yani ortamın bazik olması dengenin sağa kaymasına sebep olur. Buna göre 3

8 ortamda ya HIn veya In - çoğunlukta olur. HIn ve In - farklı renklerde olduklarından ortam birinin rengini alır. Herhangi bir deney sırasında asit-baz indikatörü seçilirken aşağıdaki kurallara dikkat edilmesi gerekmektedir: Deney sırasında eklenen indikatör miktarı 2 damladan fazla olmamalıdır. Çünkü bazı titrantlar indikatörlerle reaksiyona girip rengini değiştirebilir. Bu ihtimali göz ardı edebilmek için eklenen indikatör hacmi çok az olmalıdır. Titrasyon sırasında indikatörün ilk renk değiştirdiği görüldüğü anda titrasyon bitirilmelidir. Deney sırasında seçilecek olan indikatörün renk değiştirme ph ı titre edilen çözeltilerin eş değerlik ph ına uymalıdır. Özellikle metil oranj ve metil kırmızısı indikatörleri, sıcak çözeltilerin titrasyonunda kullanılmamalıdır. Çünkü bu indikatörlerin görülebilen renk değişiklikleri sıcaklık artması ile daha düşük ph lara kayar. İndikatör Rengin Değiştiği ph Düşük ph taki Renk Tablo 1.1: Bazı indikatörlerin duyarlı oldukları ph aralıkları Yüksek ph taki Renk Kresol kırmızısı 0,2-1,8 Kırmızı Sarı Metil kırmızısı 4,2-6,2 Kırmızı Sarı Fenol kırmızısı 6,8-8,4 Sarı Kırmızı Bromtimol mavisi 6,0-7,6 Sarı Mavi Fenolftalein 8,3-10,0 Renksiz Kırmızı Alizarin sarısı 10,1-12,1 Sarı Leylak Kırmızı lahana suyu 2,4-4,5 Kırmızı Yeşil Metil oranj 3,1-4,4 Turuncu Sarı Bir çözeltinin ph ının 7 veya üstünde olduğu turnusolle ölçülür. Bu çok kaba bir ph ölçülmesidir. Bunun ötesinde daha kesin ph da ölçülebilir. Örneğin bir çözeltiden alınan bir kısma, birkaç damla kırmızı lahana suyu damlatıldığında rengi yeşil, başka bir kısma birkaç damla bromofenol damlatıldığında rengi mavi olursa Tablo 3.1 yardımıyla bu çözeltinin ph ının 4,5-4,6 arasında olduğu sonucuna varılır. Ama bu kadar doğru değeri her zaman ölçmek mümkün olmaz. 4

9 ph Kavramı Bir asit veya baz suda çözüldüğünde iyonlaşır (dissosiye olur). İyonlaşmanın derecesi, asit veya bazın kuvvetiyle ilişkilidir. Kuvvetli bir asit tamamen iyonlaşır, zayıf bir asit ise kısmen iyonlaşır. Aynı durum bazlar için de geçerlidir. HCl, HBr, HI, HNO 3, HClO 4 ve H 2 SO 4 gibi asitler kuvvetli asitlerdir. Zayıf asit ve bazlar ise suda kısmen iyonlaşır. Bir tek H + iyonu verebilen zayıf bir asit HA genel formülü ile gösterilir. Su ile olan reaksiyonu da aşağıdaki gibidir. HA + H 2 O H 3 O + + A - Bu reaksiyonun denge sabiti şu şekilde gösterilir. K denge H 3O ürünler girenler K denge HA 2 A H O Suyun derişimi sabit olduğu için aşağıdaki ifade şu şekilde kullanılır:. H O H3 O A = K HA K denge 2 a K a H3O A K a denge sabitine asitlik sabiti denir. HA Aynı şekilde tek proton alabilen zayıf bir baz B genel formülüyle gösterilir. B + H 2 O BH + + OH - Denge sabiti ; BH OH K denge 2 veya K denge 2 B H O. H O BH OH = B Kb 5

10 K b BH OH B K b denge sabitine bazlık sabiti denir. Suyun iyonlaşma dengesini aşağıdaki şekilde göstermek mümkündür: H 2 O + H 2 O H 3 H O + + OH - 3O OH K denge H O 2 2 K denge. [H 2 O] 2 = [H 3 O + ] [OH - ] = K su K su = [H 3 O + ] [OH - ] 25 C da K su nın değeri tür. Sıcaklık arttıkça iyonlaşma yüzdesi artacağından K su yükselir. Saf suda hidronyum ve hidroksit iyonu derişimlerinin aynı olacağı kesindir. Dolayısıyla; [H 3 O + ] = [OH - ] K su = [H 3 O + ] 2 = [OH - ] 2 [OH - ] = [H 3 O + ] = K su [OH - ] = [H 3 O + ] = = M dir. Sulu ortamda asitlik veya bazlık derecesi ph kavramı ile belirtilir. ph = - log [H 3 O + ] poh = - log [OH - ] şeklinde ifade edilir. pk su = - log K su = -log (10-14 ) = - ( -14 ) = 14 pk a = - log K a pk b = - log K b dir. 25 o C de saf suda ph + poh = 14 ph değeri 0-7 olan çözeltiler asidik, 7-14 olan çözeltiler ise baziktir Kuvvetli Asit ve Bazlarda ph ph = - log H + dır. Örnek : 0,05 M HCl çözeltisinin ph ını bulunuz.(log 5 = 0,7) Çözüm: 6

11 H 2 O + HCl H 3 O + + Cl - 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol [H 3 O + ] = [HCl] = 0,05 M ph = - log 0,05 = 1,30 Örnek: 0,1 M HCl çözeltisinin H + ve ph ını hesaplayınız. Çözüm: HCl kuvvetli bir asit ve derişimi düşük olduğundan suda tamamen iyonlarına ayrılmış kabul edilir ve H + = 0,1 yazılır. ph= - log (0,1) =1 Aynı durum kuvvetli bazlar için de geçerlidir. poh = - log OH - dir. Örnek: 200 ml 0,05 M HCl çözeltisine 0,01 mol katı NaOH eklenirse karışımın ph ı kaç olur? Çözüm: M n n MxV V 0,05. 0,200 = 0,01 mol HCl ve NaOH mol sayıları eşit olduğuna göre nötrleşme tamdır. Nötr çözeltilerde H OH 1x10-7 ve ph = 7 dir H OH Zayıf Asit ve Bazlarda ph 12 M Tamamen iyonlaşmayan asitlere ve bazlara zayıf asit veya baz denir. Zayıf asitler HA, zayıf bazlar da B ile gösterilir. H O A HA + H 2 O H 3 O + + A - 3,K a = 7 HA 2 H 2 O H 3 O + + OH - K su = [H 3 O + ] [OH - ]

12 Eğer K a değeri 10-4 ile 10-9 arasında ve asidin başlangıç derişimi M arasında ise, suyun iyonlaşma dengesinin ph ye etkisini olmadığı kabul edilir. Sadece K a denge ifadesini kullanarak hidronyum derişimi hesaplanabilir. Dengede; [HA] = C HA - [H 3 O + ] yazılabilir. Aynı zamanda [A - ] = [H 3 O + ] olduğundan K a = C H 3 O H HA 3 2 O Formülünden H 3 O + iyonunun derişimi bulunur. Bu tür problemlerin çözümünde diğer bir kabul ise başlangıç derişiminin K a ya oranı, CHA 10 ise asidin iyonlaşması ile başlangıç derişiminin fazla değişmediği K a düşünülebilir ve paydadaki H 3 O + derişimi C HA yanında ihmal edilebilir. H O K a = 2 3 C HA formülünden [H 3 O + ] çekilerek [H 3 O + ] = K a. CHA bağıntısı bulunur. Örnek: Derişimi 0.10 M olan asetik asit ( CH 3 COOH) çözeltisinin ph ı nedir? 25 o C sıcaklıktaki K a = 1,75x10-5 tir. Çözüm: CH 3 COOH veya genel formülü ile HA suda CH 3 COOH + H 2 O A - + H 3 O + Başlangıç: 0,10 M 0 0 Değişim : -x M + x M + x M Dengede: (0,10-x) M + x M + x M H3O A K a = HA 8

13 A H O 3 ise,k a = HO 3 HA 2 Asidin iyonlaşması ile başlangıç derişiminin fazla değişmediği düşünülebilir ve paydadaki H 3 O + derişimi HA yanında ihmal edilebilir ( x 0,1 den çok küçük olduğu için). K a = 1,75x10-5 = 2 x 0,10 x( ihmal) 0,10 1,75.10 >10 3 ise 1,75x10-5 = 5 2 x 0,10 x 2 = 1,75x10-6 ise [H 3 O + ] = x = 1,32x10-3 M ph = -log 1,32x10-3 ise ph = 2,88 Aynı kurallar zayıf bazlar için de geçerlidir. BH OH B + H 2 O BH + + OH - K b = B 2H 2 O H 3 O + + OH - K su = [H 3 O + ] [OH - ] 2 OH K b = B OH,,K b = OH B 2 Eğer K b değeri 10-9 dan küçük ve bazın derişimi de 10-3 M dan daha küçük ise suyun iyonlaşma etkisini göz önüne almak zorundayız. BH OH B + H 2 O BH + + OH - K b = B 2H 2 O H 3 O + + OH - K su = [H 3 O + ] [OH - ] [OH - ] = [OH - ] zayıf baz + [OH - ] su Zayıf bazdan gelen [OH - ] aynı zamanda [BH + ] ya, sudan gelen [OH - ] ise suyun [H 3 O + ] ya eşittir. Dolayısıyla, [OH - ] = [BH + ] + [H 3 O + ] yazılabilir. 9

14 [BH + ] = B K b OH, [H3 O + ] = K su OH Bu değerler yerine konulduğunda, [OH - ] = [OH - ] 2 = K b [B] + K su K B K [OH - ] = b su K B K b su OH OH baz zayıf olduğundan dengedeki B derişimi, bazın başlangıç derişimine eşit olarak düşünülebilir. Böylece eşitlik, [OH - ] = b K B K hâline gelir. su K b B >> K su olduğunda eşitlik, [OH - ] = Kb B şeklini alır Tampon Çözeltilerde ph ph ı belli olan, seyrelmeyle veya az miktarda kuvvetli asit veya baz ilavesi sonucu ph si değişmeyen çözeltilere tampon çözeltiler denir. Tampon çözelti, zayıf bir asit ve konjüge bazını veya zayıf baz ve konjüge asidini içeren bir çözeltidir. Zayıf bir asit olan HA çözeltisi, NaA tuzu ile karıştırılarak tampon çözeltisi hazırlanır. Genellikle oldukça derişik çözeltilerle çalışıldığından K a değeri de arasında düşünüldüğünden suyun iyonlaşma etkisini düşünmeye gerek yoktur. [H 3 O + ] = K a A HA,formülünden [H3 O + ] iyonunun derişimi, oradan da ortamın ph ı hesaplanır. Tampon hazırlamayı değişik örneklerle açıklayabiliriz. 10

15 Örnek : 1,0 M sodyum format (NaHCOO) ve 0,01 M formik asit (HCOOH) içeren çözeltinin ph ı nedir? Ka = 1,80x10-4 Çözüm: Öncelikle formik asidin (HCOOH) iyonlaşma tepkimesi yazılır. HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O + NaHCOO Na + + HCOO - 1,0 M 1,0 M 1,0 M [HCOO - ] = [NaHCOO] HCOO H 3O Ka= [H 3 O + ] = HCOOH K a HCOOH HCOO [H 3 O + ] = 4 1, ,01 1 [H 3 O + ] = 1,80x10-6 M ph= 5, Asit Baz Titrasyon Eğrileri Asit baz titrasyon eğrileri aşağıda açıklanmıştır Kuvvetli Bir Asit İle Kuvvetli Bazın, Kuvvetli Bir Baz İle Kuvvetli Asidin Titrasyon Eğrisi Asit-baz titrasyonlarında hesaplanması gereken dört temel nokta vardır. Başlangıç ph ı Eş değerlik noktasından önceki hesaplamalar Eş değerlik noktasındaki hesaplamalar Eş değerlik noktasından sonraki hesaplamalar 11

16 Örnek: 100 ml 0,025 M HCl asidin 0,050 M NaOH ile titrasyonu sonucunda oluşacak titrasyon eğrisinin çizilmesidir. Çözüm: Başlangıçta asit üzerine hiç baz eklenmediği zaman ortamın ph ı doğrudan asidin ph sine eşittir. ph = - log[h 3 O + ] ise ph =- -log 0,025, ph = 1,60 25 ml NaOH eklendiği zaman (eş değerlik noktasından önce) Asit üzerine baz eklendiğinde eklenen baz, asidin bir kısmını nötralleştirecektir. Böylelikle ortamdaki asit derişimi azalacaktır. Kalan asidin derişimi de direkt ortamın ph sine eşit olacaktır. Diğer dikkat edilmesi gereken konu ise çözeltinin son hacminin değiştiğidir. Bunun için asidin mol sayısı bulunarak (M x V) toplam hacme (L) bölünerek son derişim bulunur. V 1xM1 V2 xm 2 [HCl] = V toplam 0,1x 0,025 0,025x0,050 [HCl] = 0,1 0,025 [HCl] = 0,01 ph = - log 0,01 ise ph = 2 dir. 50 ml NaOH eklendiği zaman (eş değerlik noktasında) V 1xM1 V2 xm 2 [HCl] = V toplam 0,1x 0,025 0,050x0,050 [HCl] = 0,1 0,050,[HCl] = 0 Bu da asit baz konsantrasyonlarının o anda eşit olduğunu gösterir. Ortam nötrdür. K su = [H 3 O + ]. [OH - ] [H 3 O + ] = K su ise [H 3 O + ] = 1x [H 3 O + ] = 1x10-7 ise ph = 7 12

17 75 ml NaOH eklendiği zaman (eş değerlik noktasından sonra) Eklenen baz miktarı, asit miktarından fazla olduğu için ortamdaki bütün asidi nötrleştirir ve ortamda sadece baz kalır. V 1xM1 V2 xm 2 [NaOH] = V toplam 0,075x0,050 0,10x0,025 [NaOH] = [NaOH] = 0,0071 0,1 0,075 poh = - log7,1x10-3 ise poh = 2,15 ph = 14,00-2,15 =11.85 Tablo 1.2: Kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonu Aynı mantık ve kurallar, kuvvetli bir bazın kuvvetli bir asitle titrasyonunda da geçerlidir. Sadece başlangıçta ortam bazik olacak ve asit eklendikçe ortamdaki bazın derişimi eklenen asit kadar azalacaktır. 13

18 Zayıf Bir Asitle Kuvvetli Bir Bazın Titrasyon Eğrisi Asit-baz titrasyonlarında hesaplanması gereken dört temel nokta vardır. Başlangıç ph ı Eş değerlik noktasından önceki hesaplamalar Eş değerlik noktasındaki hesaplamalar Eş değerlik noktasından sonraki hesaplamalar Örnek: 100 ml 0,05 M asetik asidin (CH 3 COOH), 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile yaptığı titrasyon sonucunda oluşan titrasyon eğrisinin çizilmesidir. Çözüm: Başlangıçta ortamda sadece asetik asit (HA) vardır. Eklenen baz hacmi 0 olduğundan ortamın ph ını bulurken HA nın iyonlaşma denkleminden yararlanırız. HA + H 2 O H 3 O + + A - 0,05 x x K a = 1,75x10-5 H 3O A K a = K a = 2 x 0,05 HA [H 3 O + 5 ] = 1, , 05 = 9,35x10-4 ph = - log 9,35x10-4 ph= 4-log 9,35 ph= 3,03 50 ml 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eş değerlik öncesi) Zayıf asidin üzerine baz eklenmesi ile HA/NaA tampon çözeltisi oluşuyor. Eklenen baz kadar HA derişimi azalacak ve eklenen baz kadar A - oluşacaktır. Bu durumda ilk olarak yeni derişimler hesaplanır. Çözeltinin son hacmi değiştiği için ortamdaki asidin mol sayısı bulunarak (M x V) toplam hacme (L) bölünerek son derişimi bulunur. V 1xM1 V2 xm 2 [HA] = V toplam 0,10x0,05 0,050x0,05 [ HA] = 0,10 0,05 [ HA] = 0,017 M 14

19 V M [A - ] = V toplam H 3O A K a = HA 0,050x0,05 ise [ A - ] = = [A - ] = 0,017M 0,100 0,05 formülünde bulunanlar yerine koyulursa 1,75x10 5 x0,017 [H 3 O + ] = 0,017 ph = 5 log 1,75,pH = 4,76 ise [H 3 O + ] = 1,75x10-5 M 100 ml 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eş değerlik noktasında) Eş değerlik noktasında HA nın tamamı A - ya dönüşür. A - + H 2 O OH - + HA Burada K a x K b = K su K b = K K su a 14 1x10 denklemleri hatırlanmalıdır.k b = 5 1,75x10 OH HA K b = 5,71x10-10 ise K b = A Eş değerlik noktasında ortamda yalnızca A - var, fakat hacim 200 ml olduğu için A - derişimi yarıya düşer (Hacim iki katına çıktı). K b = 2 x 0,025 [OH - ] = 5,71x10 10 x0, 025 = 3,78 x 10-6 M poh = 6 log 3,78 ise poh = 5,42 poh + ph = 14 ise ph = 14 5,42 = 8,5 15

20 150 ml 0,05 M sodyum hidroksit (NaOH) eklendiğinde (eş değerlik noktasından sonra) Eş değerlik noktasından sonra ortamda bulunan [OH - ] kaynağı hem eklenen baz hem de A - iyonudur. Ortamda kuvvetli baz baskın olduğu için A - iyonundan gelecek olan [OH - ] katkısı azdır. V [OH - 1xM1 V2 xm 2 ] = V toplam 0,150x0,05 0,100x0,05 [OH - ] = [OH - ] = 0,01 M 0,250 poh = 2 ise poh + ph = 14 ph = 14 2 =12 Tablo 1.3: Zayıf asidin kuvvetli bazla titrasyonu Zayıf Bazın Kuvveli Asitle Titrasyon Eğrisi Zayıf bir bazın kuvvetli bir asitle titrasyonu eğrisi, zayıf bir asidin kuvvetli bir bazla titrasyonu eğrisinin tersi gibidir. Bu titrasyonda öncekinin tersine eş değerlik noktası, asidik bölgededir. Bu sebeple metiloranj veya metil kırmızısı gibi indikatörler kullanılabilir. Bu tür titrasyonların eğrileri bundan öncekinde olduğu gibi bazın iyonlaşma sabitine ve kullanılan çözeltinin derişimine bağlı olarak değişir. 16

21 Örnek: 100 ml NH 3 çözeltisinin 0,1 N HCl ile yaptığı titrasyon sonucunda oluşan titrasyon eğrisinin çizilmesidir. Çözüm: K b = Titrasyonun başında ph = 11,13 tür. Ortama 20 ml asit ilave edildiğinde ph = 9,86 30 ml asit ilave edildiğinde ph = 9,64 50 ml asit ilave edildiğinde ph = 9,26 90 ml asit ilave edildiğinde ph = 8,30 99 ml asit ilave edildiğinde ph = 7, ml asit ilave edildiğinde ph = 5,28 olur. 100 ml asit ilave edildiğinde dönüm noktasına varılır. Bu anda ortamda sadece NH 4 Cl vardır ve derişimi 0,05 N dir. Bundan sonra artık ortam tampon olmaktan çıkar ve ilave edilen asit kuvvetli asit olarak etki eder ve ph ı düşürür. Dönüm noktasında ortama bir damla daha asit ilave edildiğinde ph = 4,60 ve sonsuz ilavede ph = 1 olur. Tablo 1.4: Zayıf bazın kuvvetli asitle titrasyon eğrisi 17

22 1.2. 0,1 N HCl Çözeltisinin Hazırlanması HCl gazı, 83 0 C sıcaklıkta sıvılaşır ve C de katı hâle geçer. HCl gazının sudaki çözünürlüğü çok yüksektir C sıcaklıkta 1 kg suda 0,721 kg HCl gazı çözünür. HCl değişik yoğunlukta ve yüzdelerde bulunabilir. Bu nedenle çözelti hazırlarken kullanılacak olan asidin bulunduğu şişenin üzerindeki değerler okunarak işlem yapılmalıdır. Çünkü asidin yüzdesi değiştikçe yoğunluğu da değişmektedir (% 36 lık asidin yoğunluğu 1,18 g/ml dir.). Asit-baz titrasyonlarında ayarlı çözelti olarak genellikle HCl veya H 2 SO 4 kullanılır, zayıf asitler pek kullanılmaz. Nitrik asit kuvvetli bir asit ise de azot oksitlerini safsızlık olarak bulundurur ve asidin ayarı zamanla bozulur, bu nedenle pek kullanılmaz. 0,1 N lik HCl çözeltisi hazırlanırken aşağıdaki sıra izlenmelidir: Su banyosu hazırlanır. 1 litrelik temiz bir balonjoje alınır. İçine bir miktar saf su konur. Pipetle % 36 lık yoğunluğu 1,18 g/ml olan HCl den 8,6 ml alınır. Su banyosunda balonjoje içersine damla damla ilave edilir. Balonjoje hafifçe karıştırılarak yarıya kadar saf su ile doldurulur. Su banyosundan çıkartılan balonjoje seviye çizgisine kadar saf su ile doldurulur. Balonjojenin kapağı kapatılarak ters düz edilir. Balonjojenin kapağı çıkartılarak seviye kontrolü yapılır. Seviyede azalma olmuşsa saf su ile tamamlanır. Hazırlanan çözelti, temiz bir şişeye aktarılarak etiketlenir. Örnek: Bir litre 0,1 N HCl çözeltisini hazırlamak için yoğunluğu 1,18 g/ml olan % 36 lık asitten kaç ml almamız gerekir? Hesaplayınız (HCl:36,5g/mol). Çözüm: Verilenler;N: 0,1, d : 1,18 g/ml, M A : 36,5g/mol, T D : 1, V:1 L, %C : % 36 d % C v T N M V A 1,18 0,36 v 1 0,1 36,5 1 v 8,59 ml HCl gereklidir. D formülünde bilinenler yerlerine yazılırsa Örnek: 1 M lık 100 ml lik HCl çözeltisini 0,1 M lık HCl çözeltisi yapabilmek için kaç ml saf su ilave etmeliyiz? Çözüm: M 1.V 1 + M 2.V 2 = M S.V T 1. 0, V 2 = 0,1. ( 0,1 + V 2 ) 18

23 V 2 = 0,9 L = 900 ml Örnek: 0,2 M lık 1000 ml lik HCl çözeltisini 1 M lık HCl çözeltisi yapabilmek için kaç ml su buharlaştırmalıyız? Çözüm: M 1.V 1 = M S.V S 0,2. 1 = 1. V S V S = 0,2 L = 200 ml Buharlaşacak olan su miktarı = = 800 ml Örnek: 500 mililitre 0,2 N H 2 SO 4 çözeltisini hazırlamak için yoğunluğu 1,84 g/ml olan % 98 lik asitten kaç ml almamız gerekir? (H 2 SO 4 :98 g/mol) Çözüm: v. d.% C. T N M. V v ,98.2 0,2 98.0,5 v = 2,72 ml H 2 SO 4 gereklidir Çözeltilerin Ayarlanması Volümetrik Analiz A D Volümetrik analizlerde aranan maddenin belli bir miktarı veya belli hacimdeki çözeltisi, derişimi belli başka bir çözeltinin (ayıracın) aranan maddeye eş değer madde ihtiva eden hacmi ile tepkimeye sokulur. Burada en önemli nokta, derişimi bilinen ayıracın ne kadarının çözeltideki aranan maddeye eş değer olduğudur. Bu nokta, çözeltideki aranan madde ile ayıraç arasındaki tepkimenin tam bitim noktasıdır. Tepkimenin tam bitim noktasının belirlenebilmesi için indikatör adı verilen ve bu noktada ortamı farklı renge boyayan ve ortamdaki iyon derişimini gösteren belirteçler kullanılır. Volümetrik analizin gravimetrik analizlere göre birçok üstünlükleri vardır. Bunların en önemlisi çözelti ve örneğin analize hazırlanmasından sonra analizin çok kısa sürede tamamlanabilmesidir. Ancak bütün kimyasal olaylar volümetrik analiz için uygun değildir. Volümetriden yararlanabilmek için gereken şartlar: Kimyasal olay kesin bir şekilde ve tek bir kimyasal denklemle tanımlanabilmelidir. Tepkime stokiometrik olmalıdır. Yani, aa + bb Ürün türü bir tepkimede a ve b tam sayılar olmalıdır. Derişimi bilinen çözelti ile meydana gelen tepkime tam olarak bilinmiyorsa veya aynı anda birden fazla tepkime oluşuyorsa ayarlı çözelti ile madde arasındaki ilişkiyi kurmak mümkün olmaz. 19

24 Tepkime hızlı olmalıdır. Eğer tepkime yeterince hızlı değilse uzun süre beklemek gerekir ki bu da zaman kaybına sebep olur. Tepkimenin yavaş olması ortamdaki diğer maddeler ile istenmeyen bazı tepkimelerin olmasına da sebep olabilir. Tepkime tam olmalıdır. Derişimi belli çözelti eklendiğinde tepkime en az % 99,9 oranında gerçekleşmelidir. Aksi hâlde stokiometrik ilişkiyi kurmak mümkün olmaz. Kimyasal olayın sonucunu, yani derişimi bilinen çözeltiden ne kadar eklemek gerektiğini belirleyecek uygun bir indikatör bulunabilmelidir Titrasyon ve Geri Titrasyon Bir maddenin derişimi bilinen bir çözeltinin belirli hacmiyle tam olarak tepkimeye sokularak miktarının bulunması olayının tamamına titrasyon, bu işlemde iki maddenin tepkimeye sokulması bölümüne ise titre etmek denir. Bütün titrasyonlarda derişimi bilinen ve bilinmeyen iki ayrı çözeltinin belirli hacimleri tepkimeye sokulur. Tepkimenin tam olarak bittiği noktanın iyi belirlenebilmesi için çözeltinin damla damla eklenmesi gerekir. Bazı hâllerde ise belli hacimde ayıraç çözeltiye eklenir. Ayıracın fazlası, aranan maddenin veya başka bir maddenin derişimi belli çözeltisi ile titre edilir. Bu işleme geri titrasyon denir. Bu durumda ayıracın eklenen miktarından geri titre edilen miktarı çıkarılarak işlem yapmak gerekir Ayarlama ve Ayarlı Çözelti Volümetrik analizde kullanılan derişimi bilinen çözeltiye ayarlı çözelti denir. Çözeltinin derişiminin tam olarak hesaplanması için yapılan işleme ise o çözeltinin ayarlanması denir. Örneğin demir tayininde kullanılan 0,09867 N lik potasyum permanganat çözeltisine ayarlı permanganat çözeltisi, bu duyarlı değeri elde edebilmek için sodyum okzalat ile permanganat çözeltisinin titre edilmesine ise permanganatın ayarlanması denir Birincil ve İkincil Standart Volümetride, çözeltiyi ayarlayabilmek için kullanılan çok saf maddeye birincil standart (veya primer standart) denir. Hazırlanan bu çözeltilerin derişiminin doğruluğu, yapılan analizin doğruluğu anlamına gelmektedir. Mesela permanganat çözeltisinin ayarlanması, saf ve kuru sodyum okzalatın belli bir miktarının çok duyarlı bir şekilde tartılması ve bunun permanganatla tepkimeye sokulmasıyla yapılabilir. Bu ayarlamada kullanılan çok saf sodyum okzalata birincil standart denir. Aynı şekilde asit çözeltisinin sodyum karbonat ile ayarlanmasında veya gümüş nitrat çözeltisinin sodyum klorür ile ayarlanmasında sodyum karbonat ve sodyum klorür birer birincil standart maddelerdir. 20

25 Her bileşik birincil standart olarak kullanılamaz. Bir maddenin birincil standart olarak kullanılabilmesi için bazı şartları sağlaması gerekir; Maddenin bileşimi tam olarak bilinmeli ve oldukça saf olmalıdır. Ayarlanacak çözelti ile hızlı ve stokiometrik bir tepkime vermelidir. Oda sıcaklığında mutlaka kararlı olmalı, bir etüvde kurutulabilmeli ve kolaylıkla sabit tartıma gelmelidir. Eş değer ağırlığı eğer mümkün ise büyük olmalıdır. Çünkü küçük tartımlardaki hata oranı, büyük tartımlardakinden daha büyüktür. Madde kolaylıkla ve ucuz olarak temin edilebilmelidir. Çözelti ayarlamada çok saf madde yerine ayarı belli başka bir çözelti kullanılmış ise kullanılan bu ayarı belli çözeltiye ikincil standart (veya sekonder standart) denir. Mesela ayarlı bir asit çözeltisi ile bir baz çözeltisinin ayarlanmasında veya gümüş nitrat çözeltisinin ayarı belli sodyum klorür ile ayarlanmasında asit ve sodyum klorür çözeltileri birer ikincil standart maddelerdir. Ayarlama işlemlerinde ikincil standart kullanmak, birincil standarttaki kurutma ve tartma gibi bazı işlemleri içermediğinden daha az zaman alır. Bu sebeple birçok laboratuvarlarda ayarlı çözeltiler bulundurulur. Ancak bu çözeltilerin zamanla bozunmama, bulundukları kaptan ve güneşten etkilenmeme gibi özelliklere sahip olması gerekir. Aksi hâlde ayarlı olarak bilinen çözeltinin derişimi değişeceğinden birçok hatalara sebep olabilir Eşdeğerlik Noktası ve Dönüm Noktası Bir titrasyonda ayarlı maddenin titre edilen maddeyi tam olarak tükettiği noktaya eş değerlik noktası denir. Mesela kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın titrasyonunda ph ın 7 olduğu yer eş değerlik noktasıdır. Demirin permanganatla titrasyonunda ise ortamdaki demirin tamamının permanganatla tepkimeye girdiği nokta eş değerlik noktasıdır. Eş değerlik noktası belli bir stokiometrik eşitliğe dayandığından teorik olarak hesaplanabilir. Mesela demirin permanganatla titrasyonu; MnO 4 + 5Fe H + Mn Fe H 2 O tepkimesine göre gerçekleştiğinden bu titrasyonun eş değerlik noktası ortamdaki bütün demirin her beş molüne eş değer olan bir mol permanganattır. Bu noktada, N A. V A = N B. V B dir. Dönüm noktası ise titrasyonda eş değerlik noktasını belirlemek için kullanılan indikatörün renginin değiştiği noktaya denir. Eş değerlik noktası ve dönüm noktası, aynı nokta gibi görülmekle birlikte farklı noktalar da olabilir. 21

26 Ayarlı bir asit çözeltisi ile baz tayininde indikatör olarak çoğu kere fenolftalein kullanılır. Damla damla asit ekleyerek yapılan analizde damlanın düştüğü noktada kırmızı renk meydana gelir, ancak bu dönüm noktası değildir. Çünkü çalkalandığında kaybolur. Titrasyona devam edildiğinde öyle bir noktaya gelinir ki asidin bir damla fazlası bütün çözeltiyi kırmızı renge boyar. Bu noktaya dönüm noktası denir. Bu titrasyonda dönüm noktası ile eş değerlik noktası aynı değildir. Çünkü fenolftalein ph yaklaşık 8,5 iken kırmızı renge döner. Eş değerlik noktası ise ph 7 iken söz konusudur. Öte yandan demirin permanganatla titrasyonunda ortamdaki bütün demir (II) iyonları yükseltgendikten sonra permanganatın bir damla fazlası çözeltiyi mor renge boyadığından bu titrasyonda eş değerlik noktası ve dönüm noktası aynı kabul edilir. Dönüm noktasının eş değerlik noktasından farklı olduğu durumlarda titrasyon hatası söz konusudur. Eş değerlik noktası ile dönüm noktası ne kadar farklı ise ayarlı çözeltiden o kadar eksik (veya fazla) harcanacağından bulunacak sonuç da o kadar farklı olacaktır. Titrasyon hatası hesaplanabilir ve büyük olması hâlinde düzeltme yapılabilir İndikatör Titrasyonda eş değerlik noktasının bulunmasında kullanılan ve bu noktada (veya buna en yakın noktada ) çözeltinin görünümünü değiştiren maddeye indikatör denir. Başka bir deyişle organik boyar maddelere indikatör denir. Değişim organik bir maddenin ortamı boyaması olabileceği gibi renkli bir kompleks bileşiğin meydana gelmesi, bir çökeltinin meydana gelmesi, permanganatta olduğu gibi ayıracın renginin görülmesi veya ortamdaki iyon değişiminin bir araçla gözlenmesi şeklinde olabilir. Bu tür çözeltiler titrasyonun bitiş noktasını saptamak amacıyla kullanılır. İndikatörler özellikleri ve kullanım alanlarına göre üç grupta incelenebilir: Asit- baz titrasyonları için indikatörler Redoks (yükseltgenme-indirgenme) titrasyonları için indikatörler Çöktürme veya kompleksleştirme titrasyonları için indikatörler Resim 1.1: ph indikatör kâğıtları 22

27 Volümetrik Faktör Yaklaşık normaliteli olarak hazırlanmış bir çözeltinin gerçek normal değerine getirmek için çarpılması gereken kat sayıdır. N N x Faktör ke sin N yak k. y N F N F N Çözeltinin ayarlanması primer standart maddeye karşı veya ikincil standart maddeye karşı yapılır. Buna göre F hesaplanır. m.1000 Primer standart maddeye karşı F genel formülü yazılır n. V N F: Ayarlanacak çözeltinin faktörü, m: Primer standart maddeden alınan kütle (g) N: Ayarlanacak çözeltinin normalitesi,n eş : Primer standart maddenin eş değer ağırlığı V: Ayarlanacak çözeltinin sarfiyatı eş. İkincil standart maddeye karşı (ayarlı çöz.karşı) k y F 1. V 1 = F 2. V 2 F 1 : Ayarlanacak maddenin aranan faktörü,v 1 : Ayarlanacak çözeltiden harcanan hacim F 2 : Ayarlı çözeltinin bilinen faktörü,v 2 : Ayarlı çözeltinin alınan hacmi Örnek: 0,2 g Na 2 C 2 O 4 hassas olarak tartılıyor. 100 ml saf su ile çözülüyor ve 0,1 N olarak hazırlanmış KMnO 4 ile titre ediliyor. KMnO 4 ten 18 cm 3 sarf ediliyor. KMnO 4 ün faktörünü hesaplayınız. KMnO 4 ün kesin normalitesini bulunuz ( Na2C2O 4 =134g/mol). Çözüm: m.1000 Na2C2O4 134 F n eş 67 n. V N 2 2 eş. 0, F 1,65 veya N k = N Y. F = 0,1. 1,65 = 0, , Volümetrik Analizde İşlem Basamakları Bütün analizlerde olduğu gibi volümetrik analizler de genel olarak üç aşamada tamamlanabilir: 23