Kuvvetli Asit-Kuvvetli Baz Titrasyonları

Titrasyon Nedir?

Maddenin kimyasal bileşimini ve bu bileşenlerin miktarını belirlemek için kimyasal analiz yöntemleri kullanılır; sağlık, gıda, çevre, arkeoloji, endüstri gibi alanlarda ve adli olayları aydınlatmakta önemlidir. Derişimi bilinen bir çözelti yardımıyla derişimi bilinmeyen bir çözeltinin derişiminin belirlenmesi için kullanılan analiz yöntemine titrasyon denir. Titrasyon yönteminde derişimi bilinmeyen belirli hacimdeki çözelti erlenmayere, derişimi bilinen çözelti ise bürete konulur; büretteki çözelti damla damla erlenmayerdeki çözeltiye ilave edilerek çözeltilerdeki maddeler arasında kimyasal tepkime gerçekleştirilir. Titrasyon, gerçekleşen tepkime türüne göre çöktürme, redoks, asit-baz titrasyonları şeklinde sınıflandırılır.

Kuvvetli asit ya da kuvvetli baz çözeltilerinin derişiminin belirlenmesi için yapılan titrasyon işlemine kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonu denir. Derişimi bilinmeyen kuvvetli asit ya da baz erlenmayere konulur; derişimi bilinen kuvvetli baz ya da asit ise bürete doldurulup damla damla eklenerek nötralleşme tepkimesi gerçekleştirilir.

Eş Değerlik Noktası ve Dönüm Noktası

Kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonlarında nötralleşme tepkimesinin tamamlandığı noktaya eş değerlik noktası denir. Eş değerlik noktasında tepkimeye giren hidrojen ve hidroksit iyonlarının mol sayıları eşittir ve tam nötralleşme gerçekleşir; kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonlarında eş değerlik noktasında pH değeri 7 olur. Eş değerlik noktası teorik bir kavramdır ve doğrudan gözlemlenmesi mümkün değildir.

Eş değerlik noktasında ya da yakınlarında fiziksel bir değişimi belirlemek için asit-baz indikatörleri, pH metre veya iletkenlik ölçen araçlar kullanılır. Renk değişiminin gözlemlendiği noktaya dönüm noktası denir. Eş değerlik noktası doğrudan gözlemlenemediğinden, hesaplamalarda dönüm noktası verileri kullanılır. Titrasyon işleminde dönüm noktasına ulaşmak için harcanan çözelti hacmi belirlenerek, monofonksiyonel asit ve bazlar için VA·MA = VB·MB eşitliğinden derişimi bilinmeyen çözeltinin derişimi hesaplanır.

Titrasyon Eğrisi

Asit-baz titrasyonlarında büretten eklenen çözelti hacmine karşı pH değişimini gösteren grafiğe titrasyon eğrisi denir. Örneğin 50 mL 0,05 M HCl çözeltisinin 0,1 M NaOH çözeltisiyle fenolftalein eşliğinde titrasyonunda, eklenen NaOH hacmi arttıkça pH önce yavaş yavaş artar (0 mL'de pH=1,3; 20 mL'de pH=2,1), eş değerlik noktasına yaklaşırken (25 mL civarı) pH çok hızlı yükselir (pH=7), ardından tekrar yavaş artışa geçer (30 mL'de pH=11,8). Bu, eş değerlik noktasına yaklaşıncaya kadar pH değerinin önemli oranda değişmediğini, eş değerlik noktası yakınında ise pH'ın çok hızlı arttığını gösterir.

Eş değerlik noktası ile dönüm noktası genellikle birbirinden çok az farklıdır (örnekte yaklaşık 0,002 mL gibi, büretle ölçülemeyecek kadar küçük bir hacim farkı); bu nedenle çözelti derişiminin belirlenmesinde eş değerlik noktası yerine pratikte ölçülebilen dönüm noktası kullanılır.

Hesaplama Örneği

Derişimi bilinmeyen 30 mL HCl çözeltisi üzerine fenolftalein indikatörü eşliğinde damla damla 0,1 M KOH çözeltisi eklendiğinde dönüm noktasına ulaşmak için 60 mL KOH harcanmıştır. HCl (erlenmayer) monofonksiyonel bir asit, KOH (büret) monofonksiyonel bir baz olduğundan:

VA·MA = VB·MB ⇒ 30·MA = 60·0,1 ⇒ MA = 6/30 = 0,2 M

Bu nedenle derişimi bilinmeyen HCl çözeltisinin derişimi 0,2 M'dır.

İndikatör seçiminde dikkat edilmesi gereken nokta: bir titrasyonda kullanılan indikatörün renk değiştirdiği pH aralığı, eş değerlik noktasının pH değerine (kuvvetli asit-kuvvetli baz için pH≈7) yakın olmalıdır; örneğin pH aralığı 10,1-12,0 olan alizarin sarısı, eş değerlik noktası pH=7 civarında olan bir kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonu için uygun değildir.

Özet

• Titrasyon, derişimi bilinen bir çözelti (büret) ile derişimi bilinmeyen bir çözeltinin (erlenmayer) derişiminin nötralleşme tepkimesi yoluyla belirlenmesidir; kuvvetli asit-kuvvetli baz titrasyonunda eş değerlik noktasında pH=7'dir.
• Eş değerlik noktası (tam nötralleşmenin gerçekleştiği teorik nokta) doğrudan gözlemlenemez; onun yerine indikatörün renk değiştirdiği dönüm noktası kullanılır ve bu ikisi arasındaki fark ölçülemeyecek kadar küçüktür.
• Derişim hesaplaması VA·MA=VB·MB (monofonksiyonel asit-baz için) bağıntısıyla yapılır; titrasyon eğrisinde pH, eş değerlik noktasına yakın bölgede çok hızlı değişir, uzağında ise yavaş değişir; indikatör, renk değiştirdiği pH aralığı eş değerlik noktasına yakın olacak şekilde seçilmelidir.