DENEY 4 ASİT BAZ TİTRASYONLARI (indikatörlü, potansiyometrik) AMAÇ: Asit baz titrasyon işlemini öğrenmek ve asit-baz titrasyonu ile derişimi bilinmeyen bir asit ve/veya bir baz çözeltisinin derişimini saptamak. TEORİ Asitler ve Bazlar Asitlerin ve bazların tanımı önemlidir. Gerçekte hemen hemen bütün kimyasal tepkimeler, asit-baz tepkimeleri veya yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri olarak sınıflandırılabilir. Asit ve bazlar için yapılan tanımların çoğu, sulu çözeltilerde gözlenen özelliklerine dayanır. Sulu çözeltileri turnusol kağıdını kırmızıya dönüştüren ve ekşimsi bir tadı olan maddelere asit, maviye dönüştüren maddelere ise baz denir. Bazların sulu çözeltileri kaygan olup acımsı bir tat verirler. Arrhenius Asit-Baz Teorisi : Arrhenius a göre asit, suda hidrojen iyonu (H + ); baz hidroksit iyonu (OH - ) oluşturarak çözünen maddedir. Arrhenius un asit-baz tanımı, maddelerin yalnız sulu çözeltileri için geçerlidir. HCl (g) H + (suda) + Cl - (suda) (Asit) HNO 3 (s) H + (suda) + NO 3 - (suda) (Asit) NaOH (k) Na + (suda) + OH - (suda) (Baz) Ba(OH) 2 (k) Ba +2 (suda) + 2OH - (suda) (Baz) Brønsted-Lowry Asit-Baz Teorisi İngiliz kimyacısı Lowry ve Danimarkalı kimyacı Brønsted e göre, bir tepkimede proton (H + iyonu) verici madde asit; proton alıcı madde ise bazdır. Örneğin; HCl suda çözündüğünde suya H + iyonu vererek onu hidronyum veya hidroksonyum iyonuna (H 3 O + ) dönüştürür. HCl (g) + H 2 O (s) H 3 O + (suda) + Cl - (suda) Bu tepkimede, HCl proton verici olduğundan asit, H 2 O proton alıcı olduğundan bazdır. Bu tepkimenin tersi düşünüldüğünde; H 3 O + (suda) + Cl - (suda) HCl (g) + H 2 O (s)
H 3 O + iyonu Cl - iyonuna proton verdiği için asit; Cl - iyonu proton aldığı için bazdır. Brønsted-Lowry asit-baz teorisinde aralarında H + iyonu kadar fark olan asit-baz çiftine eşlenik (konjuge) asit-baz çifti denir. Yukarıdaki tepkimede HCl / Cl - ve H 3 O + / H 2 O eşlenik asit-baz çiftleridir. Lewis Asit-Baz Teorisi Amerikalı kimyacı Newton Lewis da bir asit-baz teorisi geliştirdi. Lewis a göre baz, elektron çifti verebilen; asit, elektron çifti alabilen maddedir. Bir maddenin elektron nokta (Lewis) yapısına bakarak maddenin asit mi, yoksa baz mı olduğuna karar verilebilir. Bu nedenle Lewis teorisi diğer teorilerden daha geneldir. Çok Kullanılan Bazı Asit ve Bazlar Asitler (yıldızla işaretli olanlar, zayıf elektrolitlerdir ve sulu çözeltide daha çok ayrışmamış moleküller halinde bulunurlar.) Bir Protonlu Asitler HX H + + X - HF : Hidrofluorik asit * HClO 3 : Klorik asit HCl : Hidroklorik asit HClO 4 : Perklorik asit HBr : Hidrobromik asit HNO 2 : Nitröz asit * İki Protonlu Asitler H 2 X 2H + + X - H 2 SO 4 : Sülfürik asit COOH : Oksalik asit * COOH H 2 X H + + HX - H 2 SO 3 : Sülfüroz asit * H 2 S : Hidrosülfirik asit HX - H + + X -2 H 2 CO 3 : Karbonik asit * H 2 PO 3 : Fosforöz asit Üç Protonlu Asitler H 3 X H + + H 2 X -, H 3 PO 4 : Ortofosforik asit * H 2 X - H + + HX -2 HX -2 H + + X -3
Molekülsel Bazlar NH 3 * (Amonyak) NH 3 + H 2 O NH 4 + +OH - N 2 H 4 (Hidrazin) N 2 H 4 +H 2 O N 2 H 5 + + OH - NH 2 OH (Hidroksilamin) NH 2 OH + H 2 O NH 3 OH + + OH - İyonik Bazlar Metal hidroksitleri MOH M + +OH - Alkali metaller, Ba +2 ve Sr +2 hidroksitleri hariç suda çözünmezler M(OH) 2 M + +2 OH - Ca(OH) 2 az çözünür. Asit ve Bazların Genel Özellikleri Asitlerin Özellikleri : 1. Suda çözündüklerinde iyon oluştururlar. Bu nedenle asitlerin sulu çözeltileri az ya da çok elektrik akımını iletir. 2. Tatları ekşidir. Limonun ekşiliği içindeki sitrik asitten, sirkenin ekşiliği içindeki asetik asitten ileri gelir. 3. Organik boyar maddelere etki ederler. Örneğin; asitler mavi turnusol boyasının rengini kırmızıya dönüştürür, bazik ortamda pembe renkli olan fenolftalein boyasını renksiz hale getirirler. 4. Na, K, Mg gibi iyonlaşma enerjisi düşük (tepkime verme eğilimi yüksek) metallerle tepkimeye girerek hidrojen gazı oluştururlar. Na (k) + HCl (suda) NaCl (suda) + ½ H 2 (g) Mg (k) + H 2 SO 4 (suda) MgSO 4 (suda) + H 2 (g) Bu tepkimeyi alkali ve toprak alkali metallerin tümü ile Fe, Zn ve Al gibi soy olmayan metaller verir. Cu, Hg ve Ag gibi yarı soy metallere yapısında oksijen bulunmayan HCl, HBr gibi asitler etki etmez. Bu metallere HNO 3 ve H 2 SO 4 gibi kuvvetli asitler etki eder. Ancak bu tepkimelerde H 2 gazı yerine H 2 O oluşur. Cu (k) + 4 HNO 3 (suda) Cu(NO 3 ) 2 (suda) + 2 NO 2 (g) + 2 H 2 O (s) 2 Ag (k) + 2 H 2 SO 4 (suda) Ag 2 SO 4 (suda) + SO 2 (g) + 2 H 2 O (s) Au ve Pt gibi soy metallere asitlerin hiçbiri yalnız başına etki edemez. Bu metallere üç hacim derişik HCl ve bir hacim HNO 3 karışımı olan Kral Suyu (altın suyu) etki eder. 5. Karbonat ve bikarbonatlarla tepkimeye girerek CO 2 gazı oluştururlar. CaCO 3 (k) + 2 HCl (suda) CaCl 2 (suda) + CO 2 (g) + H 2 O (s)
6. Bazlarla birleşerek tuz ve su oluştururlar. Bir asit bir bazla birleştiğinde hem asit hem de baz özelliklerini kaybeder. Bu nedenle asitlerle bazlar arasındaki tepkimelere nötrleşme tepkimesi denir. Bazların Özellikleri : HCl (suda) + NaOH (suda) NaCl (suda) + H 2 O (s) 1. Suda iyon oluşturarak çözünürler. Çözeltileri elektrik akımını iletir. 2. Tatları acıdır. Sabun köpüğünün acılığı yapısındaki sodyum hidroksitten, karabiberin acılığı yapısındaki piperidin bazından ileri gelir. 3. Organik boyar maddelere etki ederler. Bazlar, kırmızı turnusolu mavi; renksiz fenolftaleini pembe yaparlar. 4. Kuvvetli bazlar amfoter metallerle (Zn, Al, Pb, Sn ) tepkimeye girerek hidrojen gazı oluştururlar. Zn (k) + 2 NaOH (suda) Na 2 ZnO 2 (suda) + H 2 (g) Al (k) + 3 KOH (suda) K 3 AlO 3 (suda) + 3/2 H 2 (g) 5. Elle tutulduklarında kayganlık hissi verirler. Sabunun, yumurta akının ve deniz suyunun kayganlıkları yapılarındaki bazlardan kaynaklanır. 6. Asitleri nötrleştirirler. Yani asitlerle veya asit oksitlerle tuzları oluştururlar. Molarite : H 2 CO 3 (suda) + Ca(OH) 2 (suda) CaCO 3 (k) + 2 H 2 O (s) 1000 cm 3 (1000 ml veya 1 L) çözeltide çözünen maddenin mol sayısına molarite denir. Molarite tanımının çözeltinin toplam hacmine bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Sıvı-sıvı karışımları hazırlanırken, bazen çözeltinin toplam hacminin saf haldeki sıvı hacimleri toplamına eşit olduğu görülür. Genellikle, çözeltinin toplam hacmi bileşenlerin saf haldeki hacimleri toplamından büyük ya da küçük olur. Bu yüzden molar çözeltiler hacmi kesin olarak belli olan balon jojelerde hazırlanır. Bunun için önce çözünen madde doğru olarak tartılıp balon joje içine konur. Sonra da bir miktar suda çözülerek hacmi balon boğazındaki özel çizgiye dek damıtık su ile doldurulur. Eğer madde sıvıysa, gerekli hacmi bir pipet ile ölçülerek alınır ve balon joje içine konur. Eğer, n 2 mol çözünen V (L) hacmindeki çözeltide çözünmüş ise, çözeltinin molaritesi M = (n 2 / V) = (g 2 / M 2 ) / V bağıntısı yazılabilir. Hacim dm 3 (L) olarak alındığında molaritenin M = n 2 / V bağıntısı ile hesaplanacağı açıktır. Çözünenin kütlesi g 2, çözücünün kütlesi g 1 ve çözeltinin yoğunluğu d olduğunda, hacim yerine uygun birimlerle V (L) = (g 1 + g 2 ) / d yazılabileceğinden molarite için, M = [g 2 / M 2 ] / [ (g 1 + g 2 ) /d ]
şeklinde yeni bir bağıntı bulunur. Hacme bağlı molaritenin sıcaklıkla değişeceği açıktır. Bunun için çözeltiler sabit sıcaklıklarda ve bu sıcaklıklara göre kalibre edilmiş balon jojelerde hazırlanır. TİTRASYON 1) Bilinen derişimlerde hazırlanan çözeltilere standart çözeltiler denir ve bu çözeltiler; diğer çözeltilerin derişimlerini belirlemede kullanılırlar. Bulunan derişimden çözelti içindeki madde miktarına geçilebilir. Yapılan işleme hacimsel analiz (volumetrik analiz) adı verilir. Örneğin standart bir baz çözeltisi, bir asit çözeltisinin derişiminin belirlenmesinde kullanılır. Bunun için yapılan işleme titrasyon denir. Standart baz çözeltisi bürete doldurulur ve musluk yavaş yavaş açılarak boş bir kaba bir miktar akıtılarak çözelti düzeyi büretin üst çizgisine veya uygun bir çizgisine ayarlanır. Derişimi bilinmeyen asit çözeltisinden yine bir büret veya pipet yardımıyla çok dikkatle ölçülerek, belli hacimde çözelti bir beher veya erlen içine alır. Üzerine birkaç damla indikatör damlatılır. Standart baz çözeltisi sürekli çalkalanan erlen içindeki asit çözeltisi üzerine yavaş yavaş akıtılır /damlatılır.. İndikatörün rengi açılmaya başladığı zaman tepkime sonlanmaya yaklaştığından birkaç damla daha baz çözeltisi büretten damlatılarak indikatörün renk dönüşümü noktasında titrasyon kesilir, bu noktada tepkime sonlanmıştır, büret üzerindei okunan değerden harcanan baz çözeltisi miktarı (ml) saptanır. Harcanan baz çözeltisi ml ve sonuçta mol sayısından gidilerek derişimi bilinmeyen asit çözeltisinin derişimi hesaplanır. Bu hesaplama için C a xv a = C b x V b, eşitliği kullanılabilir. Bu eşitlikte a: asit, b: bazı gösterir, C molar derişim, M, V ise çözelti hacmi, ml dir. Bazı İndikatörlerin Renk Değişimleri ve bu değişimlerin gözlendiği ph aralıkları: İndikatör Renk Değişimi Renk Değişiminin Gözlendiği ph Aralığı Timol Mavisi Kırmızı-Sarı 1,2-2,8 Bromofenol Mavisi Sarı-Mavi 3,0-4,6 Kongo Kırmızısı Mavi-Kırmızı 3,0-5,0 Metil Oranj Kırmızı-Sarı 3,2-4,4 Bromokrezol Yeşili Sarı-Mavi 3,8-5,4 Metil Kırmızısı Kırmızı-Sarı 4,8-6,0 Bromotimol Mavisi Sarı-Mavi 6,0-7,6 Turnusol Kırmızı-Mavi 7,0 Krezol Kırmızısı Sarı-Kırmızı 7,0-8,8 Timol Mavisi Sarı-Mavi 8,0-9,6 Fenolftalein Renksiz-Kırmızı 8,2-10,0 Alizarin Sarısı Renksiz-Kırmızı 10,1-12,0
APARAT VE MALZEMELER 100 ml lik beher, 50 ml lik büret, 250 ml lik erlenmayer, destile su, puar, HCl çözeltisi, NaOH çözeltisi, indikatör (fenolftalein) DENEYİN YAPILIŞI 50 ml lik bürete derişimi belirli NaOH çözeltisi konulur. 250 ml lik erlenmayerin içine derişimi bilinmeyen HCl çözeltisinden, belirli hacimde (10-50 ml) konur ve üzerine birkaç damla indikatör çözeltisi ( %1 w/v fenolftalein / etil alkol) ve gerekirse biraz damıtık su eklenerek elle veya manyetik karıştırıcı ile karıştırılır. Büret yavaşça açılarak damla-damla NaOH çözeltisi erlenmeyer içindeki HCl çözeltisi üzerine akıltılırken erlenmayer el yardımı veya manyetik karıştırıocı ile karıştırılır. Renk kalıcı pembeye döndüğü an titrasyona son verilir, bu noktaya titrasyonun Dönüm Noktası denir, bu noktada; teorik olarak erlenmeyerdeki HCl asit çözeltisinin mol sayısı ile büretten eklenmiş NaOH çözeltisinin mol sayısı eşit olur. Büretteki okumadan harcanan NaOH çözeltisi hacmi (ml) saptanır. Deney düzeneği RAPOR İÇİN İSTENENLER Raporunuzun ilgili bölümlerinde aşağıdaki soruları cevaplayınız. 2) Titrasyonda elde ettiğiniz verileri kullanarak bilinmeyen HCl çözeltisinin derişimi hesaplayınız. 3) Bulduğunuz bu değeri, deney sorumlusundan öğrendiğiniz HCl derişim değeri ile karşılaştırıp sonucu tartışınız. Değerler farklı ise; muhtemel hata kaynaklarını ve sonuca etkilerini tartışınız. 4) Çözelti derişimleri ve indikatör (seçimi) uygunluğu dönüm noktasını / sonucu nasıl etkiler?