DENEY 8 POLİPROTİK ASİTLER: ph TİTRASYON EĞRİLERİ KULLANILARAK pka DEĞERLERİNİN BELİRLENMESİ 8.1. AMAÇ Bir asidin titrasyonunu yapmak. Poliprotik bir asidin gücünü belirlemek. Bir asidin pka değerlerini hesaplamak. 8.2. TEORİ ph Titrasyon Eğrileri (İdeal) Bir asit-baz reaksiyonunda eşdeğerlik (dönüm) noktası, bir indikatör kullanılarak belirlenmektedir. Bu deneyde, zayıf bir poliprotik asidin (sitrik asit) güçlü bir bazla (NaOH) olan titrasyonu yapılarak ph değişimleri takip edilecektir. Eşdeğerlik noktasında, çözelti ph sında asidikden kuvvetli baziğe doğru büyük bir değişim gözlenir. Aşağıdaki grafikteki eğri, zayıf bir diprotik aside ait ideal bir titrasyon eğrisidir. Şekil 8. 1. Zayıf bir diprotik asidin titrasyon eğrisi Grafiğe bakıldığında, ph da önemli değişimlerin olduğu iki tane eşdeğerlik noktası yani iki tane titrasyon eğrisinin olduğu görülmektedir. Titrasyon 1, bazla (NaOH) birinci protonun reaksiyonudur (Denklem 1). H2X(suda) + NaOH(suda) NaHX(suda) + H2O (Denklem l) Titrasyon 2 ise, sodyum hidroksitle ikinci protonun reaksiyonudur (Denklem 2). NaHX(suda) + NaOH(suda) Na2X(suda) + H2O (Denklem 2)
Kısaca ifade etmek gerekirse, zayıf bir poliprotik asitle güçlü bir bazın titrasyonunda, titrasyon sayısı poliprotik asidin proton sayısına bağlıdır. Buna göre reaksiyonun tamamını, iki titrasyonun toplamı şeklinde yazılabilir: H2X(suda) + 2 NaOH Na2X(suda) + 2 H2O (Denklem 3) ve Denklem 3 elde edilmiş olur. Asitin molaritesi veya miktarını belirlemek için final (son) eşdeğerlik noktası kullanılır. ph titrasyon grafiğine bakıldığında eşdeğerlik noktası ph da önemli bir artışın olduğu final bölgesi kullanılarak belirlenir (orta noktanın tespit edilmesiyle yaklaşık olarak bulunabilir). Bununla birlikte, bu grafikten başka bilgiler de edinilebilir. İlk titrasyon bölgesine baktığımızda, son (final) eşdeğerlik noktasına erişmek için gerekli NaOH hacminin yarısının kullanıldığı noktanın eşdeğerlik noktasına denk geldiğini görmekteyiz. Teorik eşdeğerlik nokta her bir titrasyon için harcanan titrantın yarısına denk gelen noktadır. Titrasyon 1 baktığımızda, ½(yarı) noktası çözeltide kalan H2X(aq) konsantrasyonu başlangıçtaki H2X konsantrasyonunun yarısıdır. Oluşan NaHX(aq) konsantrasyou da aynı şekilde başlangıçtaki H2X(aq) konsantrasyonunun yarısıdır. Titrasyon 1 için denge eşitliklerini yazarsak; H2X(suda) + H2O(s) HX - + H3O + Ka = [H3O + ][HX - ]/[H2X] Veya diğer bir ifadeyle, [H3O + ] = Ka{[H2X]/[HX - ]} yarı noktadaki H2X ve HX - (=NaHX) konsantrasyonları kullanılarak denklem aşağıdaki gibi yazılabilir: [H3O + ] = Ka{1/2[H2X]başlangıç/[1/2H2X]başlangıç} [H3O + ] = Ka Grafikten, bu noktadaki ph ı tespit edebiliriz, ph=-log10[h3o + ] olduğundan bu noktadaki [H3O + ] konsantrasyonu ile Ka denge sabiti belirlenebilir. Kullanılan asit poliprotik bir asit olduğu için belirlenen denge sabiti Ka1 dir. Şimdiye kadar anlattığımız bilgiler sayesinde ikinci titrasyondaki yarı noktayı da siz belirleyebilirsiniz. Poliprotik asitlerin 2
bilinen Ka değerleri ikinci titrasyondaki yarı noktanın belirlenmesinde kullanılır. Bu deneyde kullanacağınız ilk asit, sitrik asittir. Sitrik asidi incelediğimizde önemli ph değişimlerinin olacağı üç eşdeğerlik noktası görmekteyiz. Sitrik aside ait belirleyeceğiniz bu üç Ka değerini aşağıda verilen Ka değerleriyle karşılaştırınız. H3C6H5O7(suda) + H2O(s) H2C6H7O7 - + H3O + Ka1 = 7.4x10-3 25 o C de H2C6H5O7 - + H2O(s) HC6H6O7 2- + H3O + Ka2 = 1.7x10-5 25 o C de HC6H5O7 2- + H2O(s) C6H5O7 3- + H3O + Ka3 = 4.0x10-7 25 o C de ph Titrasyon Eğrileri (Gerçek) Gerçekte, çoğu poliprotik asit farkedilebilir bir tane eşdeğerlik noktası gösterir. Bu gerçek eşdeğerlik noktası son denge denklemi ile ilişkilidir. Peki bu durumda poliprotik asitler (mono, di-, tri-protik vs.) için ayrım nasıl yapılmaktadır? Triprotik bir asit için, iki eşdeğerlik noktası kullanılan baz için gereken toplam hacmin 1/3 ve 2/3 ü ile ilişkili olan kısımdır ve buradan Ka değerlerini belirleyebiliriz. Deneyde ikinci asit olarak bir amino asit olan glisin kullanılacaktır, glisine ait Ka değerleri aşağıdaki Şekil 8.2 de verilmiştir. 3
Şekil 8.2. Proton alan ve proton veren konjuge asit-baz çiftleri Örneğin; Monoprotik asit: Asetik asit ve amonyum iyonları sadece tek proton verir. Diprotik asit: karbonik asit (H2CO3) ve glisin. Triprotik asit: Fosforik asit (H3PO4). Grafikte, ph gradienti boyunca her bir çifte ait ayrılma denklemleri gösterilmiştir. Her bir reaksiyon için denge (veya ayrışma) sabiti Ka ve onun negatif logaritması olan pka değeri gösterilmiştir. 8.3. MADDE VE MALZEMELER Malzemeler Büret Büret Tutucu Manyetik Karıştırıcı Manyetik Balık İki ayaklı stand ve uygun kıskaç ph metre250 ml lik Beher Kimyasallar 0.02 M Sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi 0.02 M Sitrik asit çözeltisi 0.02 M Glisin çözeltisi Saf su 4
8.4. DENEYİN YAPILIŞI 8.3). Titrasyon deney düzeneği bir ph metre, manyetik karıştırıcı ve büretten oluşur (Şekil Şekil 8. 3. Sitrik asidin NaOH ile titrasyonunda kullanılan deney düzeneği Sizinle ilgilenen hocanız, bu deney için en iyi kurulumu size gösterecektir. 1. Beher içine mezür ile 20 ml 0.02 M sitrik asit çözeltisinden alınız. 2. Bürete 0.02 M NaOH doldurunuz. Bürete doldurduğunuz bazın hangi çizgide olduğunu okuyup kaydediniz. Kaç ml NaOH ilave ettiğinizi not ediniz. 3. Sitrik asitin başlangıç ph sını ölçünüz. 4. ph değişimindeki artış 0.2 olacak şekilde dikkatlice NaOH ilavesi yapınız. Bu işleme ph 12 oluncaya kadar devam ediniz ve harcanan NaOH miktarı ve ph değerlerini not ediniz. 5. Yukarıda yaptığınız bu basamakları size verilen ~0.02 M glisin için tekrarlayınız. 5
8.5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Tablo 1. Deneyde elde edilen titrasyon verileri. NaOH hacmi (0.02 M), ml ph (Sitrik asit) ph (Glisin) 0.00 --- ---- ---- 8.6. SORULAR 1) Sitrik asit için yaptığınız deneyde kaydettiğiniz ph ile Eklenen NaOH hacmi ni grafiğe geçiriniz ve bu grafikten: a) Sitrik asitin Ka değerlerini bulunuz. b) Sitrik asitin gerçek konsantrasyonunu bulunuz. 2) Yukarıda verilen işlemleri yaparak; a) Glisinin Ka değerlerini bulunuz. b) Glisinin gerçek konsantrasyonunu bulunuz. 6