deney 4 kuvvetli asit ile kuvvetli baz titrasyonu 4.1. amaç 4.2.teori

DENEY 4 KUVVETLİ ASİT İLE KUVVETLİ BAZ TİTRASYONU
4.1. AMAÇ
Asit ve baz çözeltilerinin hazırlanması, nötralleşme tepkimelerinin yapılışlarının
öğrenilmesi.
4.2.TEORİ
Asit ve baz kavramı günlük hayatta çok sık karşılaşılan kavramlardandır. Örneğin;
güncel bir çevre sorunu olan "asit yağmurları" bilinen bir olgudur. Asit ve bazlar konusu
kimyanın da en önemli konularından birini oluşturmaktadır; çünkü, kimyasal reaksiyonların
büyük bir çoğunluğu asit ve baz reaksiyonlarıdır.
Asit ve bazların çok çeşitli tanımları yapılmış olmasına rağmen bugün Arrhenius,
Lowery-Bronsted ve Lewis tarafından yapılan tanımlar kullanılmaktadır.
Arrhenius Asit-Baz Tanımı:
Asit: Mavi turnusolü kırmızı yapan, bazı metallerle (aktif metaller) hidrojen gazı açığa
çıkaran, tadı ekşi, su ortamında hidrojen iyonu veren maddedir.
HCl
HNO3
H2SO4
H2O
H+ + Cl-
H2O
H + + NO3-
H2O
2H+ + SO4-2
Baz: Kırmızı turnusolü mavi yapan, asitleri nötürleştiren ve su ortamına OH- veren
maddedir. Bu tanımın turnusolle ilgili kısmı zamanımızda çok kullanılmaktadır. Ayrıca,
bazlar karbondioksit ile tepkimeye girerek su ve karbonatlı bileşik oluştururlar. Çoğu metalle
tepkime vermezler (Amfoter metaller hariç).
NaOH
Ca(OH)2
Al(OH) 3
H2O
Na++ OH-
H2O
Ca+2 + 2OH-
H2O
Al+3 + 3OH-
Lowery-Bronsted Asit-Baz Tanımı:
Asitler proton veren, bazlar ise proton alan maddelerdir. Diğer bir deyişle asit ve bazlar
sırasıyla proton verici ve proton alıcı maddelerdir. Yine bu bilim adamlarına göre bir asit
proton verdiği zaman kendisinin konjüge çifti veya konjüge bazı, bir baz proton aldığı zaman
kendisinin konjüge asidi meydana gelir.
Asit
Proton + Baz
Baz + Proton
NH3 + H2O
Baz (1) Asit (2)
Asit
NH4+ + OHAsit (1) Baz (2)
Konjüge Asit Konjüge Baz
Lewis Asit-Baz Tanımı:
Bu tanıma göre, asit elektron alabilen, veya elektron çiftine katılabilen, baz ise elektron
verebilen veya elektron çifti taşıyabilen maddedir.
B: + A
BA
A = Lewis Asiti
B: = Lewis Bazi
F
H
H
N:
H
Lewis Bazi
+
B
F
F
H
H
F
N
B
H
F
F
Lewis Asiti
Bu tanımlar her ne kadar asit ve baz özelliklerini ortaya koyuyorsa da bir maddenin asit
ve baz özelliği karşısında bulunan maddeye bağlıdır. Bilim adamları kavram kargaşalığına
meydan vermemek için, saf suyu kıyas maddesi olarak almışlar ve saf suda çözüldükleri
zaman hidrojen iyonunu artıran maddelere asit, azaltan maddeler de baz demişlerdir. Asit ve
bazlar molekül başına verdikleri veya aldıkları protonların sayısına göre sınıflandırılabilirler.
Eğer bir asit sadece bir proton verebilirse "monoprotik", "mono fonksiyonel", "mono bazik"
2
veya "mono ekivalent" olarak çeşitli şekillerde tanınır. Eğer iki, üç, dört v.s. proton
verebilirlerse di, tri, tetra örnekleri mono yerine kullanılabilir.
Birden fazla fakat sayısı belli olmayan miktarda proton verebilen veya alabilen asit ve
bazlar için poli örnekleri kullanılabilirler. Asitler ve bazların sulu çözeltilerinde (0.1-0.01 M)
iyonlarına ayrılma derecesine göre:
a. Kuvvetli
b. Zayıf
c. Çok zayıf
diye üçe ayrılırlar.
a) Kuvvetli Asitler ve Bazlar: Sulu çözeltilerinde %100 iyonlaşabilen asit ya da
bazlara "kuvvetli asit ya da baz" denir. Kuvvetli asitlerin çözeltilerinde H3O+ iyonunun hemen
tümüyle asitten; kuvvetli bazların çözeltilerinde ise OH- iyonunun hemen hemen tamamen
bazdan geldiği kabul edilir.
HCl + H2O
NaOH H2O
H3O+ + Cl Na+ + OH-
b) Zayıf Asitler ve Bazlar: Sulu çözeltilerinde %100 iyonlaşmayan asit ya da bazlar
"zayıf asit ya da baz" olarak tanımlanır. Bu tür asit veya bazların iyonlaşmaları denge
reaksiyonu şeklinde gösterilir ve asitlik sabiti (Ka) veya bazlık sabiti (Kb) kavramları
kullanılır.
CH3COOH + H2O
NH3 + H2O
Ka
Kb
H3O+ + CH3COO-
Ka = 1,8. 10-5
NH4+ + OH-
Kb = 1,8. 10-5
c) Çok Zayıf Asitler ve Bazlar: Sulu çözeltilerinde çok az iyonlaşan asit ya da bazlar
"çok zayıf asit ya da baz" olarak tanımlanır. Bu tür asit veya bazların Ka veya Kb'leri çok
düşüktür, pKa veya pKb'leri ise tam tersine büyüktür.
H
H3C
C
OH
Ka = 1,3. 10-16
H 2N
pKb = 9,13
H
3
Volumetrik Analiz
Bir maddenin sentezlenmesi ve sonrasında analiz edilmesi kimyanın temel konularından
birini oluşturmaktadır. Yapılan kimyasal analizde, bir maddenin cinsinin tayin edilmesi
“kalitatif (nitel) analiz”, miktarının tayin edilmesi ise “kantitatif (nicel) analiz”olarak
adlandırılır. Herhangi bir cihazın kullanılmadığı kantitatif analiz işlemlerinde, iki temel işlem
uygulanır: gravimetri ve volümetri. Gravimetrik işlemlerde, cinsi bilinen fakat miktarı
bilinmeyen maddenin istenilen miktarı tartım yoluyla bulunur. Bunun için söz konusu
maddenin bir kimyasal reaksiyon yolu ile genellikle suda çözünmeyen bir bileşiği hazırlanır
ve çözünmeyen bu maddenin tartımından hesap yolu ile istenilen maddenin miktarına geçilir.
Volümetride ise, belirli hacimdeki bilinmeyen madde çözeltisi ile tam olarak reaksiyona
girebilecek, konsantrasyonu tam olarak bilinen çözeltinin hacmi ölçülür. Buradan hesap yolu
ile çözeltideki maddenin bilinmeyen konsantrasyonu veya doğrudan ağırlığı hesaplanır.
Şekil 4.1. Titrasyon düzeneği
Volümetrik işlemlerde miktarı belirlenecek olan maddenin belirli hacimdeki çözeltisi
bir erlene konur. Konsantrasyonu bilinen çözelti ise büret içerisine alınır. Büretteki çözelti,
reaksiyon bitinceye kadar damla damla ve erlen yavaşça çalkalanarak erlene ilave edilir.
Reaksiyon bittiğinde; bürette bulunan reaktifin, reaksiyon için ne kadarının harcandığı hacim
olarak (genellikle ml) okunur. Bu işleme “titrasyon” adı verilir. Titrasyon işleminde,
reaksiyonun bittiği noktaya “eşdeğer nokta” adı verilir. Her iki metodda da kullanılan
reaksiyonun tam olarak (kantitatif olarak) gerçekleşmesi gerekir. Böylece reaksiyon
4
denkleminden faydalanarak hesap yapmak mümkün olur. Reaksiyonun tamamen bittiği veya
bazen, belirli bir aşamaya geldiği noktayı gösteren maddelere “indikatör” adı verilir.
İndikatörler, bu fonksiyonlarını renk değiştirme, çökelti oluşturma veya fluoresan özellik
gösterme gibi çeşitli yollarla yerine getirirler (indikatörlerin sınıflandırılması). Çözelti
pH’ının belirli değişimlerinde renk değiştiren maddeler, pH indikatörü olarak adlandırılırlar.
Bürette bulunan konsantrasyonu belirli çözeltiye “titrant” adı verilir. Bu çözeltinin
konsantrasyonunun kesin ve hassas olarak bilinmesi gerekir. Kimyasal maddelerin çoğu,
çeşitli sebeplerden ötürü safsızlıklar içerirler. Bunun yanı sıra çözelti hazırlama sırasında
oluşabilen hatalar nedeni ile titrant konsantrasyonu çok doğru olarak bilinmeyebilir. Bu
durumda titrant; çözelti hazırlandıktan sonra, birincil standart denilen maddelerle reaksiyona
sokulmak sureti ile “ayarlanır”. Bu işleme “standart çözelti hazırlama” da denilir. Bütün
kimyasal maddelerin kuvvetli veya zayıf da olsa asit veya baz özelliği göstermesi dolayısı ile;
çözeltilerde sık karşılaşılan reaksiyonların başında, bir asidin hidrojeni ile bir bazın hidroksit
iyonunun birleşerek su oluşturduğu nötralleşme (asit-baz) reaksiyonları gelir. Konsantrasyonu
bilinmeyen bir asidin (veya bazın) miktarının, konsantrasyonu bilinen bir baz (veya asit) ile
titrasyonuna “asit-baz titrasyonu” adı verilir ve bu şekilde miktarı bilinmeyen asit veya
bazın istenilen miktarı volümetrik metotla bulunmuş olur.
Asit-baz reaksiyonlarındaki temel reaksiyon şöyledir:
H+(aq) + OH-(aq)
H2O(s)
Ksu= 10-14
Reaksiyon aslında bir denge reaksiyonudur. Ancak oda sıcaklığında ve tamamen iyonlar
halinde, denge sabiti 1014 olduğundan, reaksiyonun sağ taraf lehine yürüdüğü kabul edilir.
Reaksiyona giren asit ve bazın ikisinin de kuvvetli olması halinde, titrasyonun tamamlandığı
andaki pH, 7 olur. Ancak ikisinden birinin veya her ikisinin zayıf olması durumunda; eşdeğer
noktadaki pH, 7’den farklı olur. Titrasyonda kullanılan maddelerin bu özellikleri dolayısı ile
eşdeğer noktanın pH’ı önceden bilinmeli ve indikatör seçimi buna göre yapılmalıdır.
Volümetrik işlemlerde konsantrasyon birimi olarak normalitenin kullanılması büyük kolaylık
sağlar. Eşdeğerlik prensibine göre, reaksiyon tamamlandığı anda reaksiyona giren iki reaktifin
eşdeğer gram sayıları birbirine eşit olur. Bu da hesaplamalarda kolaylık sağlar. Buradaki
temel tanımlar şöyledir:
Tesir değeri: Asit ve bazlar için yer değiştirebilen hidrojen veya hidroksit iyonu sayısı
(e).
Eşdeğer (ekivalent) ağırlık: Mol ağırlığının, tesir değerine oranı (E).
5
Eşdeğer gram sayısı: Maddenin gram miktarının, eşdeğer ağırlığa oranı (EA).
Normalite: Çözeltinin her bir litresinde çözünmüş bulunan maddenin eşdeğer gram
sayısı (N).
 Çözelti hacmi : litre (V).
 Çözünen madde miktarı : gram (m).
 Mol ağırlığı : g/mol (MA)
Bu tanımlar kullanıldığında;
Bu durumda normalitenin çözelti hacmi ile çarpımı eşdeğer gram sayısını verir ve
titrasyondaki reaksiyon tamamlandığında eşdeğerlik prensibine göre: Na . Va = Nb . Vb eşitliği
bulunur. Titre edilen maddenin doğrudan gram miktarı bulunabilir. Bunun için aynı bağıntı
dikkate alınır. Yine aynı kavramlar kullanılarak molarite ve normalite arasındaki ilişki de
çıkarılır. Bu bağıntıları çıkarınız.
Öğrenciler 25 ml 1M sodyum hidroksiti nötralize etmek için gereken asit miktarını
bulurlar.
Bu deneyde olan tepkime ;
HCl + NaOH  NaCl + H2O
4.3 MADDE VE MALZEMELER
Malzemeler
Kimyasallar
Erlen (250 mL)
1 M hidroklorik asit çözeltisi
Büret tutucu
1 M sodyum hidroksit çözeltisi
Büret (50 mL yada 100 mL)
Metil oranj (indikatör
Dereceli silindir (25 mL yada daha büyük)
6
4.4. DENEYİN YAPILIŞI
Şekil 4.2. pH Titrasyonu için kullanılan deney düzeneği
Bu deneyde sodyum hidroksit, hidroklorik asitle nötralleşerek çözünen bir tuz olan
sodyum klorürü oluştururlar.
1) 25 ml 1 M NaOH çözeltisi hazırlayınız.
2) 25 ml sodyum hidroksit çözeltisini bir erlen içerisine koyunuz ve iki damla metil oranj
indikatörünü (geçiş aralığı, pH; 3.1-4.4) ilave edip karıştırınız.
3) Büreti 0 noktasına kadar molaritesi belli olmayan hidroklorik asit çözeltisi ile doldurunuz.
4) Hidroklorik asit çözeltisini sodyum hidroksit çözeltisi üzerine küçük hacimlerde ilave
ediniz ve her ilave sonrasında çalkalayınız. Çözelti kırmızı oluncaya kadar asit ilavesine
devam ediniz. 5) Eklenen asit hacmini büret üzerinden okuyunuz.
6) Titrasyon işlemini (4. Basamak) 2 kez daha tekrar ediniz. Sonuç hesaplarken 3 titrasyonun
ortalamasını kullanınız.
7
4.5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Tablo 4.1. Nötralleştirme için gereken HCl miktarı:
1.titrasyon 2.titrasyon 3.titrasyon
Kullanılan HCl’ nin hacmi (ml)
HCl çözeltisinin normalitesi
NaOH çözeltisinin normalitesi
Kullanılan HCl’ nin miliekivalent gramı
Kullanılan NaOH’ in miliekivalent gramı
4.6. SORULAR
1. Arrhenius, Lowry-Bronsted ve Lewis asit-bazlıklarını açıklayınız.
2. Titrasyon, eş değer nokta, indikatör, titrant ifadelerini kısaca tanımlayınız
3. 0.5 M 25 ml NaOH çözeltisi nötralleştirilmek üzere 50 ml HCl çözeltisi ile titre ediliyor.
HCl çözeltisinin konsantrasyonu nedir?
8