T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME ÜRETİM LABORATUVARI- I TEMEL KAVRAMLAR TİTRASYON DENEYİ (volumetrik analiz) DENEY FÖYÜ Harun ARKAZ Kayseri,2012
Deneyin Adı: Asit baz (nötrleştirme ) Titrasyonu Deneyin Amacı: Derişimi bilinmeyen bir asit( yada baz) çözeltisinin derişimini derişimi bilinen bir baz ( yada asit) çözeltisi ile bulunması Teorik Bilgi: Kimyasal Analiz: Bir maddenin hangi bileşenlerden meydana geldiğini ve bileşenlerin hangi oranlarda bulunduğunu inceleyen kimya dalına analitik kimya denir. Analitik kimyanın temeli, kimyasal analizlere dayanır. Kimyasal analiz ise maddenin hangi bileşenlerden meydana geldiğini ve hangi oranlarda bulunduğunu anlamak amacı ile yapılan pratik ve teorik çalışmaların tümüdür. Kimyasal analiz yapılış amacına göre ikiye ayrılır. Nitel (Kalitatif) Analiz : Bir maddenin hangi bileşenlerden meydana geldiğini anlamak amacıyla yapılan kimyasal analizlerdir. Nicel (Kantitatif) Analiz : Bir maddedeki bileşenlerin hangi oranlarda bulunduğunu anlamak amacıyla yapılan kimyasal analizlerdir. Tanımlardan da anlaşılacağı üzere nicel analize başlamadan önce numunenin nitel analizinin yapılmış olması gerekir. Nitel analizler maddede hangi anyon ve katyonların bulunduğu öğrenmek adına yapılan analizler olarak ikiye ayrılır. Nicel analizler ise gravimetrik, volümetrik ve enstrümantal (aletli) analiz olarak üçe ayrılır. Aletli analizler, maddedinin atomik veya fizyoimyasal özelliklerinden yararlanarak yapılan anlizler olduğundan dayandıkları temeller gravimetrik ve volümetrik analizlerden farklıdır. Enstumantal analizler isminden de analşılıdğı gibi cihaz kullanılarak ölçüm yapılan analizlerdir. Gravimetrik analizlerde esas olan aranan maddenin çözeltiden saf bir bileşik hâlinde çöktürülerek ayrıldıktan sonra tartılarak miktarının belirlenmesidir. Volumetrik analizde ayıracın fazlası değil aranan maddeye eşdeğer olan kadarı eklenir. Ayıracın derişimi ve hacmi yardımıyla aranan madde hesaplanır. Burada en önemli nokta derişimi bilinen ayıracın ne kadarının çözeltideki aranan maddeye eşdeğer olduğunu bulmaktır. 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, ortamın kirliliğini değiştiren veya ortamdaki iyon derişimini gösteren belirteçler kullanılır. VOLUMETRİK ANALİZİN KOŞULLARI Volumetrik analizin gravimetrik analize göre daha kolay ve hızlıdır ancak, bütün kimyasal olaylar volumetrik analiz için uygun değildir. Bir kimyasal olaydan volumetriden yararlanabilmek için, o kimyasal olayın bazı koşulları sağlaması gerekir.
Tepkime stokiometrik olmalıdır. Kimyasal olay kesin bir şekilde ve tek bir kimyasal denklemde tanımlanabilmelidir. Yani, aa+ bb ürün türü bir tepkimede "a" ve "b" kesin tam sayılar olmalıdır. NEDEN Derişimi bilinen çözelti ile olan tepkime tam olarak bilinmiyorsa veya aynıanda birden fazla tepkime oluyorsa, ayarlı çözelti ile madde arasındaki ilişkiyi kurmak mümkün olmaz. Tepkime hızlıolmalıdır NEDEN Tepkimenin yavaş olması ortamdaki diğer maddeler ile istenmeyen bazı tepkimelerin olmasına da neden olabilir. Tepkime tam olmalıdır Derişimi belli çözelti eklendiğinde, tepkime en az %99.9 oranında gerçekleşmelidir. NEDEN Aksi halde stokiometrik ilişkiyi kurmak mümkün olmaz. Uygun bir indikatör bulunabilmelidir Kimyasal olayın sonucunu, yani derişimi bilinen çözeltiden ne kadar eklemek gerektiğini, belirleyecek uygun bir indikatör bulunabilmelidir NEDEN Renk değişimi gözlenmez yada yanlış aralıkta gözlenir. VOLUMETRİDE BAZI TERİMLERİN ANLAMLARI 1.Titrasyon ve Geri Titrasyon Bir maddenin, derişimi bilinen bir çözeltinin belirli hacmi ile tam olarak tepkimeye sokularak miktarının bulunması olayının tamamına titrasyon denir. Bu işlemde, iki maddenin tepkimeye girme kısmına ise titre etmekdenir. Bütün titrasyonlarda derişimi bilinen ve bilinmeyen iki ayrı çözeltinin, belirli hacimleri tepkimeye sokulur. Tepkimenin tam olarak bittiği noktanın iyi belirlenebilmesi için, derişimi bilinen çözeltinin (ayıracın) damla damla eklenmesi gerekir. Bazı hallerde ise, belli hacimde derişimi bilinen çözelti (ayıraç) çözeltiye eklenir. Bu işleme ise geri titrasyon denir. Bu durumda ayıracın eklenen miktarından, geri titre edilen miktarı çıkarılarak işlem yapmak gerekir. 2.Ayarlama ve Ayarlı Çözelti Volumetrik analizde kullanılan derişimi bilinen çözeltiye ayarlı çözelti denir. Çözeltinin derişiminin tam olarak hesaplanması için yapılan işleme ise o çözeltinin ayarlanmasıdenir. 3.Birincil (Primer) ve İkincil (Sekonder) Standart Volumetride, çözeltiyi ayarlayabilmek için kullanılan çok saf maddeye birincil standart (veya primer standart) denir. Bir bileşiğin birincil standart olarak kullanılaması için bazı şartlar vardır.
a. Maddenin bileşimi tam olarak bilinmeli ve oldukça saf olmalıdır. b. Ayarlanacak çözelti ile hızlıve stokiometrik bir tepkime vermelidir. c. Oda sıcaklığında mutlaka kararlıolmalı, bir etüvde kurutulabilmeli ve su veya karbondioksit gibi maddeleri soğurucu özelliği olmamalıdır. d. Eşdeğer ağırlığı, eğer mümkün ise büyük olmalıdır. Çünkü küçük tartımlardaki hata oranı büyük tartımdakinden daha büyüktür. Çözelti ayarlamada çok saf madde yerine ayarı belli başka bir çözeltide kullanılabilir. Kullanılan bu ayarı belli çözeltiye ikincil standart(veya sekonder standart) denir. Ayarlama işlemlerinde ikincil standart kullanmak, birincil standartda ki kurutma ve tartma gibi bazı işlemleri içermediğinden, daha az zaman alır ve bu nedenle birçok lâboratuvarda ayarlı çözeltiler bulundurulur 4.Eşdeğerlik Noktasıve Dönüm Noktası Bir titrasyonda ayarlı maddenin titre edilen maddeyi tam olarak tükettiği noktaya eşdeğerlik noktası denir. Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın titrasyonunda ph'ın7 olduğu nokta, eşdeğerlik noktasıdır veya demirin permanganatla titrasyonunda, ortamdaki demirin tamamının permanganatla tepkimeye girdiği nokta eşdeğerlik noktasıdır. Eşdeğerlik noktası belli bir stokiometrik eşitliğe dayandığından, teorik olarak hesaplanabilir. Dönüm noktası ise, titrasyonda eşdeğerlik noktasını belirlemek için kullanılan indikatörün renginin değiştiği noktaya denir. Eşdeğerlik noktası ve dönüm noktası aynı nokta gibi görünmekle birlikte farklı noktalar da olabilir. Ayarlı bir asit çözeltisi ile baz tayininde indikatör olarak çoğunlukla fenolftaleynçözeltisi 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 asitin bir damla fazlası bütün çözeltiyi kırmızı renge boyar. Bu noktaya dönüm noktası denir. Bu tarz titrasyonlarda dönüm noktası ile eşdeğerlik noktası aynı değildir. NOT: Dönüm noktasının eşdeğerlik noktasından farklı olduğu durumlarda titrasyon hatası söz konusudur. Eşdeğerlik noktası ile dönüm noktasıne kadar farklı ise, ayarlı çözeltiden o kadar eksik (veya fazla) harcanacağından, bulunacak sonuçda o kadar farklı olacaktır. Bu şekildeki titrasyon hatası hesaplanabilir, büyük olması hâlinde gerekli düzeltme yapılabilir 5.İndikatör Bir titrasyonda eşdeğerlik noktasını veya ona en yakın noktayı belirlemek için kullanılan maddelere indikatör denir. İndikatörün etkisi çözeltide birkaç şekilde olabilir: 1. Eşdeğerlik noktasında veya ona en yakın noktada çözeltinin rengini değiştirir. 2. Çözeltide bir çökelti meydana getirir veya var olan çökeltiyi giderir.
3. Renkli bir çökelti meydana getirir veya renkli çökelti kaybolur. 4. Çökeltinin rengi başka bir renge döner. 5.1. İndikatör Çeşitleri Asit-baz indikatörleri: Hemen hemen tamamı organik boyalar olup zayıf asit veya zayıf baz özelliğindedir. Her indikatörün renk değiştirdiği ph aralıkları farklıdır. Farklı ph aralıklarında kullanılabilir. Aşağıda bazı önemli asit-baz indikatörlerin adı, asit ve bazdaki rengi ve kullanılacağı ph aralıkları verilmiştir. Dönüm noktasında farklı renkte çökelek meydana getiren indikatörler: Bu amaçla en çok kromat indikatörü kullanılır. Ayarlı gümüş nitrat çözeltisi ile klorür tayininde kullanılan kromat indikatörü eş değerlik noktasından hemen sonra ortamda farklı renkte (turuncu) ikinci bir çökelek oluşturarak titrasyon sonunu bildirir. Titrasyon sonunda ortamda oluşmuş olan çökeleğin rengini değiştiren indikatörlerdir. Örneğin, ayarlı gümüş nitrat çözeltisi ile klorür tayininde kullanılan fluoressein indikatörü bu türdendir. Eş değerlik noktasından hemen sonra ortamda oluşmuş olan beyaz renkli AgCl çökeleğinin rengini siyaha boyayarak titrasyonun bittiğini gösterir. Yükseltgenme ve indirgenme indikatörleri: Yükseltgenme ve indirgenme (Redoks) reaksiyonlarında kullanılan indikatörlerdir. Genellikle indirgen maddelerdir. Eş değerlik noktasından hemen sonra ayarlı çözelti ile yükseltgendiğinde farklı renge dönüşebilen organik
maddelerdir. Dikkat edilecek nokta indikatörün indirgenme potansiyelinin analiz edilecek maddenin indirgenme potansiyelinden daha küçük olmasıdır. Nişasta çözeltisi iyot ile yapılan titrasyonlarda kullanılan bir indikatördür. Difenil amin sodyum sülfonat da yükseltgenme ve indirgenme titrasyonlarında sık kullanılan bir indikatördür. VOLUMETRİK ANALİZLERİN SINIFLANDIRILMASI 1. Nötrleşmeye Dayanan Analizler (Asit- Baz Titrasyonları) 2. Çöktürmeye Dayanan Analizler (Çöktürme Titrasyonları) 3. Kompleksleşmeye Dayanan Analizler (Kompleksometrik Titrasyonlar) 4. Yükseltgenme-İndirgenmeye Dayanan Analizler (Redoks Titrasyonları) 1. Asit Baz Titrasyonları Asitlerle bazlar arasında geçen reaksiyonlara asit baz reaksiyonları denir. Ortamda var olan veya herhangi bir şekilde ortaya çıkarılan bir bazın ayarlı bir asit çözeltisiyle reaksiyona sokulması veya bir asidin ayarlı bir bazla reaksiyona sokulması esasına dayanan titrasyonlara asit baz reaksiyonları denir. Ayarlı bir asit çözeltisi ile baz miktarı tayinine alkalimetre, ayarlı bir baz çözeltisi ile asit miktarı tayinine ise asidimetri adı verilir. Örneğin ayarlı HCl çözeltisi ile NaOH tayini alkalimetri, ayarlı NaOH çözeltisi ile H2SO4 tayini ise asidimetridir. 2. Çöktürme Titrasyonları Çözünürlüğü az olan maddelerin titrasyon yoluyla tayinleri üzerine kurulan metotlara çöktürme titrasyonları denir. Çöktürme titrasyonları ile halojenler ve bazı iyonlar gravimetrik yollardan daha kolay ve daha emin olunarak analiz edilebilir. Çöktürme titrasyonlarında ayarlı çözelti olarak gümüş nitratın kullanıldığı titrasyonlara arjantometri denir. 3. Kompleksometrik Titrasyonlar Kompleks oluşumu üzerine kurulmuş olan titrasyonlara, kompleksometri denir. Bir kompleks oluşumunun volümetrik amaçla kullanılabilmesi için kompleksin dayanıklılık sabitinin büyük ve oluşan kompleksin bir cinsli olması gerekir. Yani oluşan ürünün kompleksler karışımı olmaması gerekir. 4. Redoks Titrasyonları Yükseltgenme indirgenme reaksiyonları üzerine kurulan titrasyonlara, redoks titrasyonları denir. Yükseltgenme bir maddenin elektron kaybetmesi, indirgenme ise elektron almasıdır. Bir yerde yükseltgenme varsa onun yanında mutlaka indirgenme de vardır. Başka bir ifadeyle elektronlar çözelti ortamında serbest kalamaz ancak bir maddeden diğerine geçebilir. Bir madde tarafından verilen elektronlar diğer madde tarafından alınır. Verilen elektronun aynen alınması bu tip reaksiyonların temelini teşkil eder. EŞDEĞER GRAM SAYISI, HESAPLANMASI Bütün kimyasal tepkimelerde bir eşdeğer gram madde, diğer maddenin bir eşdeğer gramıile tepkimeye girer ve ürün verir. Bir başka deyişle A + B C şeklindeki bir tepkime ele alınacak olursa A bileşeninin bir eşdeğer gramı B bileşeninin bir eşdeğer gramıyla birleşir ve C ürününü meydana
getirir. Eşdeğer gram, derişim birimlerinden olan Normalite ile yakından ilgilidir. Hatırlanacağı gibi normalite bir litre çözeltide çözünen maddenin eşdeğer-gram sayısı olarak tanımlanmaktadır. Dolayısıyla volumetrik analizlerde çözeltilerin normalite biriminden hazırlanması hesaplamalarda kolaylıklar sağlar. [N,Normalite = Çözünen maddenin eş değer gram sayısı / Çözelti Hacmi (L) ] olduğundan [Eş değer gram sayısı = Çözünen maddenin miktarı (g) / Çözünen maddenin eşdeğer ağırığı] na eşittir. Dolayısıyla eğer maddenin eşdeğer ağırlığı biliniyorsa, eşdeğer gram sayısını hesaplamak sorun olmamaktadır. Eşdeğer ağırlığın hesaplanması volumetrik analizlerin türüne göre( nötrleştirme, çöktürme, kompleksleştirme veya redoks tepkimesi ) farklı şekilde yapılır. Biz asit- baz yani nötrleştirme deneyi yapacağımız için sadece bu konu üzerinde duracağız. Nötrleştirme Tepkimelerin Eşdeğer ağırlık hesaplama: [Asitlerde eşdeğer ağırlık hesaplama = Asitin formül ağırlığı / çözeltiye verdiği H+ sayısı ] [Bazlarda eşdeğer ağırlık hesabı] = Bazın formül ağırlığı / çözeltiye verdiği OH- sayısı ] Formülleri ile bulunur. Örneğin; tepkimeye giren HCI içi; HCI/ 1 = 36,46/ 1 olur. Deneyin Yapılışı: Titrasyon öncesi hazırlıklar tamamlayınız. Çalışma ortamında kullanıcağınız arç ve gereçleri hazırlayınız ve tüm ekipmanlarınızın temizliğinden emin olunuz. Büret destek sporuna bağlayınız. Büreti kullanmadan önce kullanıcağınız kimyasal ile çalkalayınız. Büreti çözeltiniz ile doldurunuz. Çözelitden bir miktar boşaltarak sıfırlama işlemini yapınız. Büretteki kimysal hacmini kaydediniz. Erlene derişim tayini yapılacak çözeltiyi koyun. Derişim tayini yapılacak çözeltinin rengini saf su ekleyerek seyreltin. 2-3 damla indikatör ekleyin. Derişim tayini yapılacak olan çözeltiyi büretin altına yerleştirin. Büretin musluğunu açarak damla damla çözeltinize ilave edin. Titrasyon boyunca erlenmayeri çalkalayınız. Çözelti rengi değiştiğinde ilaveyi durdurun. Oluşan rengin kalıcılığını kontrol edin. Değişen rengin kalıcı olduğu yerde deneyi bırakarak hesaplamaları yapınız. n asit =n baz ; M asit. V asit =M baz. V baz
Titrasyona geçildiğinde sağ elle erlen, sol elle de büret musluğu şekilde görüldüğü gibi tutulur. Erlen büretin altına getirilip büretin uç kısmı içine gelecek şekilde ayarlandıktan sonra sol elle musluk açılıp ayarlı çözelti damla damla ilave edilmeye başlanır. Her damla düştüğünde erlen dairesel olarak döndürülerek çalkalanıp çözeltinin iyice karışması sağlanır. Analiz çözeltisinde renk değişikliği olduğu anda musluk kapatılır. Oluşan renk bir süre gözlenerek renkte geriye dönme olup olmadığı kontrol edilir. Renkte geriye dönüş olmuşsa renk kalıcı oluncaya kadar titre etmeye devam edilir. Renk değişimi sağlandığı anda işlem sonlandırılır. Titrasyon Yaparken Dikkat Edilecek Hususlar Sağlıklı bir titrasyon yapabilmek için izlenmesi gereken bir işlem sırası ve uyulması gereken bazı kurallar vardır. Bu kurallardan önemli olan bazıları aşağıda verilmiştir: Titrasyon için uygun ölçülerde analiz kapları seçilmeli ve kaplar temiz olmalıdır. Kullanılacak erlenin hacmi, titrasyon sonunda birikeceği tahmin edilen çözeltinin hacminin en az iki katı olmalıdır. Ayarlı çözelti ağzı kapalı ve üzeri etiketlenmiş olarak saklanmalı, sıcakta veya güneş ışığında bırakılmamalı, kullanılmadan önce mutlaka çalkalanmalıdır. Dönüm noktasını belirlemek için uygun indikatör seçilmeli ve fazlasının ilavesinden kaçınılmalıdır. Büret musluğunun sağlıklı çalışıp çalışmadığı, akıtıp akıtmadığı kontrol edilmeli, akıtıyorsa vazelin sürülerek giderilmeye çalışılmalıdır. Büret ayarlı çözelti ile doldurulmadan önce birkaç kez az miktarda ayarlı çözelti ile çalkalanmalıdır. Büretin uç kısmında hava kabarcığı kalmamış olmasına dikkat edilmelidir. Analize başlamadan önce büretin ucundaki damla temiz bir kaba dokundurularak alınmalı, bu amaçla kâğıt veya pamuk kesinlikle kullanılmamalıdır. Ayarlı çözelti büretten damla damla ilave edilmeli ve bu sırada erlenmayer düzenli olarak çalkalanmalıdır. Titrasyona oluşan renk, en az 15 saniye kalıcı oluncaya kadar devam edilmelidir. Titrasyon sonunda sarfiyatın okunması, büretin çeperlerindeki sıvının akmasını sağlamak için 5-10 saniye sonra yapılmalı fakat kesinlikle daha sonraya bırakılmamalıdır. Analiz sonunda bürette kalan ayarlı çözelti şişesine konulmamalı, atılmalıdır.