DENEY 8 POLİPROTİK ASİTLER: pH TİTRASYON EĞRİLERİ

DENEY 8 POLİPROTİK ASİTLER: pH TİTRASYON EĞRİLERİ

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 oC’de
H2C6H5O7 -
+ H2O(s) ↔ HC6H6O7 2- + H3O+
Ka2 = 1.7x10-5 25 oC’de
HC6H5O7 2-
+ H2O(s) ↔ C6H5O7 3- + H3O+
Ka3 = 4.0x10-7 25 oC’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
Kimyasallar
Büret Tutucu
0.02 M Sodyum hidroksit (NaOH)
çözeltisi
Manyetik Karıştırıcı
0.02 M Sitrik asit çözeltisi
Manyetik Balık
0.02 M Glisin çözeltisi
İki ayaklı stand ve uygun kıskaç
Saf su
pH metre250 mL’lik Beher
4
8.4. DENEYİN YAPILIŞI
Titrasyon deney düzeneği bir pH metre, manyetik karıştırıcı ve büretten oluşur (Şekil
8.3).
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)
0.00
---
----
----
pH (Glisin)
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