DENEY 6. CH 3 COO - + Na + + H 2 O ve

Transkript

1 DENEY 6 İLETKENLİK TİTRASYONU İLE KUVVETLİ VE ZAYIF ASİTLERİN ANALİZİ Deneyin Yapılışı: Deney için sırasıyla,5 N HCl;,1 N Asetik asit ve ikisinin de bilinmeyen miktarlarda bulunduğu karışımı,1 N NaOH ile titre ettik. HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - ve CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + şeklinde iyonlaşan asitler CH 3 COOH + NaOH CH 3 COO - + Na + + H 2 O ve HCl + NaOH Na + +Cl - + H 2 O tepkimeleri ile titre edilmiştir. Bu titrasyonlara başlamadan önce ve her 2 ml titrant eklendiğinde titrasyon mezrundaki çözeltinin iletkenliğini ölçerek ekteki tablolara kaydettik. Beklentiler ve Bulgular: Mevcut kimya bilgilerimiz ışığında ve iletkenlikle ilgili bilgilerimize dayanarak bir çözelti içindeki bütün iyonların iletkenliğe etki ettiğini söyleyebiliriz. O halde kuvvetli bir asit kuvvetli bir bazla titre edilirken bu asit tamamen iyonlaşacağı için başlangıçta belli bir iletkenliği olmasını bekler, titrant eklendikçe H + + OH - H 2 O tepkimesi ile ortamda H + iyonu azalmasından bir düşüş etkisiyle beraber Na + eklenmesiyle bir yükseliş eğilimi gözlemeyi umarız ancak H + nın: öz iletkenliliği Na + dan büyük olduğu için inen bir iletkenlik grafiği bekleriz, eşdeğerlik noktasından sonra ise ortama eklenen Na + ve OH - iyonlarından doğan bir iletkenlik artışı izleriz. Eşdeğerlik noktasında da yine Na + ve Cl - nin oluşturduğu, dan büyük bir iletkenlik gözlemeyi bekleriz. Yine mevcut bilgilerimiz ışığında zayıf (tam iyonlaşmayan) bir asit ile kuvvetli bir bazın titrasyonunda hemen başlangıçta zayıf asidin tamponlayıcı etkisi nedeniyle iyonlaşma dengesini sola kaydırması ve iyonik halde bulunan H + derişiminin eklenen OH - ve bu etkiden dolayı hızlı azalışından doğan ve öz iletkenlik bakımından Na + iyonundaki artışın karşılayamadığı farkla kısa bir süre azalan iletkenlik görmeyi umarız, Eşdeğerlik noktasına kadar ise titre edilen H + derişimine karşı zayıf asidin iyonlaşma tepkimesindeki dengenin sağa kaymasıyla oluşan H + ve asetat iyonunun; ve ortamda gittikçe artan Na + iyonunun etkisiyle bir artış görmeyi bekleriz. Eşdeğerlik noktasından sonra da Na + derişimi aynı hızla artar, bu hız OH - iyonunun da artış hızıdır, ancak EDN ya kadar bir denge tepkimesi olduğu için asetat iyonu bu hızla artmıyordu bunun yanı sıra Asetatın öz iletkenliği OH - iyonunun öz iletkenliğinden daha düşüktü. EDN dan sonra Asetat derişimi sabit kalmış, Na + ve OH - aynı hızla artmaya devam etmiş olduğundan iletkenlik artışında daha dik bir eğim yani daha hızlı bir artış elde edilmesi beklenir. Zayıf Asit Kuvvetli Asit karışımının Kuvvetli baz ile titrasyonu grafiğinde Önce HCl titre olur. Ortamda HCl den dolayı aşırı miktarda H + bulunması, HAc nin iyonlaşmasını engeller: HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + CH 3 COO - Bu nedenle ortamda HCl tükeninceye kadar HAc moleküler halde kalır. İlk dönüm noktasında HCl bitince HAc ayrılmaya başlar. Titrasyon eğrisine ise başlangıçta H + ve Cl - den ileri gelen yüksek bir iletkenlik beklerken ilk dönüm noktasına kadar (H + tükenene kadar) iletkenlikte bir düşüş olur. Bunun nedeni ortamda oluşan diğer iyonların öz iletkenlik toplamlarının; azalan H+'nın öz iletkenliğinden düşük olmasıdır. I. Dönüm noktasında ise ortamda yarı iyonlaşmış olan HAc den dolayı bir iletkenlik olur. Bunun yanı sıra bu iletkenlikte Na + ve Cl - nin de 1

2 etkisi vardır. Bu noktadan sonra ise titrasyon devam ettikçe artan Na + ve H+'nın azalmasıyla dengenin sağa kaymasından dolayı asetat iyonunun artışı nedeniyle iletkenlikte de bir artış gözlenmesi beklenir. Ve Asetik asit tamamen iyonlaşana kadar bu artış bu şekilde devam eder. Asetik asitte tamamen iyonlaşınca yani II. Dönüm noktasına gelinince ortamda bulunan Na +, Cl -, Ac - iyonlarının oluşturduğu bir iletkenlik değeri görülmelidir. Titrant eklenmeye devam edilirse ortama katılan Na + ve OH - ın etkisiyle iletkenlik artışında devam gözlenir. Bu iki iyonun öz iletkenlik toplamı ikinci dönüm noktasına kadar iletkenliği arttıran Na + ve Ac - nin öz iletkenlik toplamından büyük olduğu için artış daha hızlı olmalıdır. Deneyimizde titrasyonun dönüm noktalarını belirlemek için iletkenlik ölçümü yapılmıştır. L (iletkenlik) C i ye doğrudan bağlıdır. n L = B.Σ.C i.λ.z i (C i : İyonların molar derişimi) i=l Ancak titrasyon sırasında sürekli titrant eklenmesi nedeniyle toplam çözelti hacmi artmıştır. Bu yüzden kondüktometrenin ölçtüğü iletkenlik değerlerini olduğu gibi kullanamazdık. Bu hacim artışından doğan derişim değişimini bertaraf edebilmek için seyreltme faktörünü de kullanmak gerekti, öyle ki aletin ölçtüğü iletkenlik değerini bu faktörle [(1+v/V) v=eklenen titrant hacmi, V=başlangıç hacmi.] çarparak bu durum bertaraf edilmiştir. İletkenlik Tirrasyonunun avantajları: Dönüm noktası bulunmasında kullanılan, iletkenlik ölçümlerine dayanan iletkenlik titrasyonları ile birçok maddenin tayini yapılabilmektedir. Üstünlükleri, çok seyreltik çözeltilerin titrasyonunda ve titrasyonda kullanılan titrant ve reaktant arasındaki tepkimenin tam olmadığı durumlarda da kullanılabilmesidir. Bu titrasyonda titrant eklendikçe çözeltideki iyon sayıları, cinsleri ve yükleri değişir. Bu da iletkenliği değiştireceği için iletkenlik grafiğinde düzenli titrant eklenmesine bağlı olarak düzenli bir değişim gözlenir, titrasyon sona erdiğinde ise yine iletkenlik değişir ancak iyonların öz iletkenliği farkından ötürü iletkenlik değişiminde eğimi farklı olan bir artış izlenir. İşte bu iki doğrunun kesişme noktası dönüm noktasını verir. Hesaplamalar: Grafiklerde doğruların kesişme noktalarına bakıldığında Kuvvetli Asidin Kuvvetli Bazla Titrasyonunda dönüm noktasının 14. ml titranta karşılık geldiği izlenmiştir. HCl ile NaOH ın TD leri birbirine eşit olduğundan dönüm noktası ikisinin de mol sayılarının ve derişimlerinin eşit olduğu noktadır. N HCl x V HCl = N NaOH x V NaOH eşitliğinden yola çıkarak HCl nin derişimi,5 N, hacmi ise 3 ml dir. Bunu titre etmek için,1 N NaOH tan 14 ml harcanmıştır. O Halde 3 x,5 = 14 x,1 1,5=1,4 olmalıydı. Ancak deney sonucunda grafiğe göre N HCl = (14 x,1) / 3 =,47 bulunmuştur. Yada aynı deneysel sonuçta N HCl =,5 olarak kesin kabul edilirse N NaOH =,17 bulunmaktadır. Bizim çözelti derişimlerinden emin olmaklığımız durumunda dönüm noktasını N HCl x V HCl / N NaOH (,5 x 3) /,1 = 15. ml titrant eklendiğinde görmemiz gerekirdi. Ancak 14. ml titrant eklendiğinde gözlemledik. Tüm bunların nedeni düşük derişimdeki H + nin ihmal edilen suyun iyonlaşması sonucu oluşan H + varlığı nedeniyle tamponlanması olabilir. Ayrıca buna neden olabilecek bir başka şey daha vardır: Deneysel olarak bulduğumuz HCl formalitesi,47 dir, kullandığımız jojede ise,5 olduğu yazıyordu,,47 yi virgülden sonra 2 basamağa yuvarlayınca,5 olduğunu görüyoruz, aynı şekilde,17 bulunan NaOH formalitesini de virgülden sonra 1 basamağa yuvarladığımızda da,1 (joje nin üzerinde olan rakam) olduğunu görürüz. Bu durumu bir başka açıdan ele alacak olursak geçen yılki bilgilerimizi hatırlamamız gerekir. NaOH ın sulu çözeltisinin dayanıksız bir çözelti olduğu, kullanılacağı zaman hazırlanması gerektiğini hatırlarız. Oysa deneyi yapmak için bankoya gittiğimizde,1 N lik NaOH çözeltisi balon jojede hazır olarak bizi beklemekti idi. Daha önce hazırlanmış olan bu çözelti pekala öz niteliğini kaybetmiş olabilir. Mesela uçucu olduğunu varsayarsak su kaybettiğini ve c=n/v olduğundan hacim azalması ile derişimde de bir miktar artış olduğunu 2

3 düşünebiliriz fil-hülasa,1 N olarak bildiğimiz NaOH derişiminin hakikatte % 7 daha fazla olduğunu gördük. Zayıf Asit ile Kuvvetli Bazın Titrasyonu na ait iletkenlik grafiği incelendiğinde ilk başlarda yeterince kısa aralıklı ölçüm yapılmadığından tamponlamadan ileri gelen kısa süreli azalma izlenememiştir, doğrular kesiştirildiğinde ise V = 3 ml titrant eklendiği anda dönüm noktasına ulaşıldığı görülür. HAc ile NaOH ın TD leri eşit olduğundan N HAc x V HAc = N NaOH x V NaOH eşitliği kurularak,1 x 3 =,1 x 3 eşitliği sağlandığı için deneysel olarak HAc ve NaOH ın derişimlerinin eşit olduğu doğrulanmıştır. Zayıf Asit Kuvvetli Baz bilinmeyen karışımının titrasyonundaki iletkenlik grafiği incelendiğinde 1. dönüm noktasının 7,5 ml titrant harcandığında olduğu görülmektedir. Bu titrasyonda ilk önce HCl titre edileceği için HCl ye ait dönüm noktasından HCl nin derişiminin hesaplanması mümkün olacaktır. O halde HCl derişimi N HCl x V HCl = N NaOH x V NaOH eşitliğinden çekilirse N HCl = (N NaOH x V NaOH )/ V HCl formülüyle (,1 x 7,5) / 3 =,25 olarak bulunur. Peki bu 3 ml lik karışıma,5 lik HCl den ne kadar konuldu? Bunu hesaplamak için N 1 x V 1 =N 2 x V 2 formülüyle,5 x V 1 =,25 x 3 ml V 1 = 15 ml olduğu görülmektedir. Yine aynı grafikten 2. dönüm noktasının 22,5. ml titrant eklendiği ana karşılık geldiği görülmektedir. Yani 1. noktadan bu noktaya kadar HAc nin titre edildiğini hatırlayacak olursak HAc nin titrasyonu için 22,5 7,5 = 15 ml,1 N NaOH harcandığını görürüz. N HAc x V HAc = N NaOH x V NaOH eşitliği kullanılarak N HAc = (N NaOH x V NaOH ) / V HAc bağıntısından 3 ml lik karışımda (,1 x 15) / 3 =,5 formal HAc olduğu tespit edilmiştir. Bundan yola çıkarak çözeltiye,1 lik HAc den (,5 x 3) /,1 den 15 ml eklendiği anlaşılmıştır. (N 1 x V 1 =N 2 x V 2 ). Bu sonuçtan yola çıkarak analiz edilecek numunemizde,5 F HCl ve,1 F HAc den %5, %5 oranında konulduğunu söyleyebiliriz. EKLER: Kuvvetli Asit - Kuvvetli Baz Titrasyonu 14,6 1 14,6 2 12,8 1,7 13,7 4 1,8 1,13 12, ,2 1,8 8 7,4 1,27 9,4 1 5,8 1,33 7,7 12 4,3 1,4 6, 14 3,2 1,47 4,7 16 3,8 1,53 5,8 18 4,4 1,6 7, 2 5,1 1,67 8,5 22 5,6 1,73 9,7 24 6,2 1,8 11,2 26 6,6 1,87 12,3 28 7,1 1,93 13,7 3 7,6 2, 15,2 3

4 Zayıf Asit - Kuvvetli Baz Titrasyonu 4,5 1, 4,5 2 6,1 1,7 6,5 4 9,4 1,13 1,7 6 12,7 1,2 15,2 8 1, ,33 22, ,4 29, ,47 33, ,53 38, ,5 1,6 42, ,67 46, ,73 52, ,8 55, ,87 61, ,93 65, , 72, ,7 86, ,13 12, ,2 114, ,27 131, ,33 147, Kuvvetli Asit ile Zayıf Asit Karışımını - Kuvvetli Baz Titrasyonu ,7 68, ,13 53, ,2 34, ,27 29, ,33 32, 12 25,5 1,4 35, ,5 1,47 4, ,53 46, 18 31,5 1,6 5, ,67 55, ,73 58, ,8 72, ,87 85, ,93 1, , 112, 4

5 16 14 Kuvvetli Asit - Kuvvetli Baz Titrasyonu Zayıf Asit - Kuvvetli Baz Titrasyonu Kuvvetli Asit ile Zayıf Asit Karışımını - Kuvvetli Baz Titrasyonu Serkan TÜRKMEN Cuma Öğleden Sonra