Asit ve baz titrasyon eğrileri

Asit-baz titrasyon eğrisi, eklenen titrant hacminin bir fonksiyonu olarak bir asit veya baz çözeltisinin pH değerlerinin grafiksel bir temsilidir . Bu eğriler normalde sigmoid bir şekle (s harfi gibi şekillenir) sahiptir ve numunede bulunan iyonlaşabilen protonların sayısını gösteren bir veya daha fazla “adım” içerebilir.

Titrasyon eğrilerinin kullanımları

Titrasyon eğrileri, bir numunenin güçlü veya zayıf asit veya baz içerip içermediğini, asidin monoprotik mi yoksa poliprotik mi olduğunu veya bazın monobazik mi yoksa polibazik mi olduğunu belirlemek için kullanılabilir. Bir asit veya baz çözeltisinin konsantrasyonunu deneysel olarak belirlemek için bile kullanılabilir.

Bir asit veya bazın kuvvetinin belirlenmesi

Titrasyon eğrisinin şekli ve çeşitli bükülme noktaları, titre edilen şeyin güçlü veya zayıf bir asit mi yoksa güçlü veya zayıf bir baz mı olduğunu belirlemek için kullanılabilir. Bunun nedeni, güçlü asitler ve bazlar söz konusu olduğunda, titrasyon sırasında çözeltinin pH’ının yalnızca, ayar noktasından önce ve sonra titrasyonun her noktasında fazla miktarda güçlü asit veya baz bulunmasıyla belirlenmesidir. Bu nedenle, bu durumlarda titrasyon eğrisi, eşdeğerlik noktasından hemen önce ve sonra çok belirgin bir sıçrama yapar (neredeyse dikey).

Zayıf asit veya baz titrasyonlarında ise eşdeğerlik noktasından önceki pH, zayıf asit veya bazın kısmen nötralize edilmesiyle oluşan bir tampon sistemi tarafından belirlenir. Bu durumlarda, tampon sistemi, titrasyon maddesinin eklenmesiyle oluşan pH değişikliklerini tamponlayarak, değişikliği önceki duruma göre daha az belirgin hale getirir. Ayrıca, titrasyonun başlangıcı ile eşdeğerlik pH’ı (eşmolar tampon sistemine karşılık gelir) arasındaki orta nokta pH’ı, duruma göre asidin pKa’sına veya bazın pKb’sine _sayısal olarak _{eşittir .}

Tek işlevli veya çok işlevli asitlerin veya bazların varlığının belirlenmesi

Titrasyon eğrilerinin bir başka pratik ve çok basit uygulaması, analiz edilen numunenin tek bir monoprotik asit mi yoksa poliprotik mi olduğunu görsel olarak ve çok hızlı bir şekilde belirlemeye izin vermesidir. Hatta numunenin birden fazla analitin eşmolar olmayan karışımlarını içerdiği bazı durumların ayırt edilmesini mümkün kılar.

Bu, eşdeğerlik noktalarının sayısı (eğri üzerinde sıçramalar veya basamaklar olarak görülür) ve bu noktalar arasındaki yatay ayrım gözlemlenerek yapılır. _{Birkaç eşit mesafeli sıçramaya sahip bir eğri, bir poliprotik asit olabilir (ancak aynı zamanda, farklı pKa’lara} sahip iki asidin eş molar bir karışımı da olabilir ).

Aynı prensip, monobazik ve polibazik zayıf bazlar için de geçerlidir. Hatta sadece titrasyon eğrilerinin şekli ve eşdeğerlik noktalarının hacimleri gözlemlenerek asit ve baz karışımlarının ilgili konjuge tuzları ile varlığının doğrulanmasına izin veren analitik yöntemler bile oluşturulabilir.

Bir analitin konsantrasyonunun belirlenmesi

Normal bir titrasyonda, titrasyonun eşdeğerlik noktası bitiş noktasından tahmin edilir. Bu, genellikle gözlemlenebilir bir renk değişikliğine uğrayan bir gösterge (asit-baz göstergesi) ile kanıtlanan, solüsyonda bir değişikliğin gözlemlendiği nokta olarak tanımlanır.

Eşdeğerlik noktasındaki titrantın hacmi bilindiğinde, bu hacim, alikotun hacmi ve titrantın bilinen konsantrasyonu ile birlikte aşağıdaki denklem kullanılarak bilinmeyen numunenin konsantrasyonunu belirlemek için kullanılabilir:

Eşdeğerlik noktasının grafiksel olarak belirlenmesi

Bir titrasyon eğrisinden eşdeğerlik noktasının belirlenmesi, bilgisayar matematiksel araçları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu, eşdeğerlik noktasının titrasyon eğrisindeki bir bükülme noktasına karşılık gelmesi sayesinde elde edilebilir. Bu bükülme noktası, titrasyon eğrisinin türevinin maksimum noktası olarak kolayca tanımlanabilir ve bu, eğri noktalarının bir bilgisayar programı aracılığıyla bir polinomun içine yerleştirilmesiyle belirlenebilir.

Ayrıca, bu bükülme noktası aynı zamanda içbükey bir değişiklik anlamına gelir (asit titrasyonları durumunda içbükeyden dışbükey ve baz titrasyonları durumunda tersi), böylece titrasyon eğrisinin ikinci türevinin grafiği X eksenini tam olarak keser. eşdeğerlik noktasının hacmi.

Bu şekilde belirlenen eşdeğerlik noktası değerleri, uygun asit-baz göstergeleri kullanılarak geleneksel bir titrasyonla elde edilen uç noktalardan çok daha doğrudur.

Titrasyon eğrilerinin hesaplanması

Titrasyon eğrileri teorik olarak titre edilen asit veya bazın iyonlaşma sabitinin değerinden, alikotun hacminden ve titrant ve analit konsantrasyonlarının (yani asit veya titre edilmiş baz) bir fonksiyonu olarak elde edilebilir.

Aşağıda, 50 mL’lik bir alikot ile titrant olarak 0,1 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi kullanılarak 0,1 M asetik asit numunesi için bir titrasyon eğrisinin hesaplanmasına ilişkin bir örnek verilmiştir. Her iki konsantrasyon da eşit olduğundan, eşdeğerlik noktasının hacmi, alikotun hacmine, yani 50 mL’ye eşit olacaktır. Bu asidin asitlik sabiti ^{1.78.10-5’tir} .

Titrasyon eğrisini hesaplamak için 7 farklı noktada pH değerleri belirlenecektir:

• İlk pH (V _NaOH = 0)
• Eşdeğerlik noktasından önceki orta nokta (V _NaOH = 25 mL)
• Eşdeğerlik noktasından hemen önce gelin (V _NaOH = 45 mL)
• Eşdeğerlik noktası (V _NaOH = 50 mL)
• Eşdeğerlik noktasından hemen sonraki nokta (V _NaOH = 55 mL)
• Eşdeğerlik noktasından sonraki orta nokta (V _NaOH = 75 mL)
• Eşdeğerlik noktasının iki katı (V _NaOH = 100)

İlk pH (V _NaOH = 0)

Solüsyona NaOH eklemeden önce, aşağıdaki denkleme göre ayrışan zayıf bir asit olan 0,1 M’lik bir asetik asit solüsyonuna sahibiz:

_{C a} asidin analitik derişimi ve X ayrışan asit derişimi ise , tüm türlerin denge derişimleri şöyle olacaktır:

[HAc] = C _a – X ≈ C _a

[H ⁺ ] = [AC ^– ] = X

Kitle eylemi yasasından şunu elde ederiz:

Eşdeğerlik noktasından önceki orta nokta (V _NaOH = 25 mL)

Titrasyon başlangıcı ile eşdeğerlik noktası arasındaki orta noktada, asetik asidin tam olarak yarısı aşağıdaki kimyasal reaksiyona göre nötralize edilmiştir:

Bu durumda, pH’ı Henderson-Hasselbalch denklemi kullanılarak hesaplanabilen zayıf bir asit/eşlenik baz tampon sistemi oluşturan bir asetik asit ve sodyum asetat karışımı elde edilir:

Her iki konsantrasyon da aynı olduğundan, logaritma sıfıra eşittir ve bu nedenle pH, asetik asidin _pKa’sına eşittir :

Eşdeğerlik noktasından hemen önce gelin (V _NaOH = 45 mL)

Eşdeğerlik noktasından önce olduğumuz için, hala nötrleştirilmemiş asit fazlamız ve nötrleştirme ile oluşan tuzumuz var, bu nedenle hala eskisi gibi aynı tampon sistemimiz var, ancak bu sefer konsantrasyonlar aynı değil ve olmalı Henderson-Hasselbalch denklemini kullanmadan önce hesaplayın:

Eşdeğerlik noktası (V _NaOH = 50 mL)

Eşdeğerlik noktasında tüm asetik asit nötralize edilmiştir ve çözelti sadece sodyum asetat içerir. Bu noktada bu tuzun konsantrasyonu:

Bu eşlenik bazın hidrolizi aşağıdaki denklemle verilir:

_{Zayıf bir asidin eşlenik bazı olduğu için, Kb’si} şu şekilde verilen zayıf bir bazdır :

Saf bir zayıf asidin pH’ını belirlerken kullandığımıza benzer bir yaklaşım gerçekleştirerek, aşağıdaki ifadeye göre [OH ^{– ] hesaplayabiliriz:}

Eşdeğerlik noktasından hemen sonraki nokta (V _NaOH = 55 mL)

Eşdeğerlik noktasından sonraki tüm noktalar, sodyum asetat ile sodyum hidroksit karışımlarından oluşur. Bu durumlarda pH , NaOH’den gelen aşırı OH ^formundaki ortak iyonun etkisinin varlığında tuzun hidroliz dengesini çözerek hesaplanır :

Tuzun ve fazla NaOH’nin başlangıç ​​konsantrasyonları:

Bazlık sabitinin küçük değeri ve ortak iyonun etkisi nedeniyle hidrolize olan asetat miktarı ihmal edilebilir düzeydedir. Bu nedenle çözeltideki hidroksit konsantrasyonu [OH ^– ] = C _{NaOH fazlası} – X ≈ C _{NaOH fazlası olacaktır.}

Eşdeğerlik noktasından sonraki orta nokta (V _NaOH = 75 mL)

Bu pH, öncekiyle aynı şekilde hesaplanır:

Eşdeğerlik noktasının iki katı (V _NaOH = 100)

Bu pH, öncekiyle aynı şekilde hesaplanır:

Bu verilerle artık tam titrasyon eğrisini oluşturabiliriz. Çizilecek noktalar şunlar olacaktır:

Bu verileri kullanarak, ortaya çıkan kalibrasyon eğrisi şu şekildedir:

Gördüğümüz gibi, eğri, merkezinde eşdeğerlik noktasını gösteren bükülme noktası ile tipik s-şekline sahiptir.

Referanslar

Ziraat ve Orman Bilimleri Fakültesi. (son). Kimyasal Analiz Kursu – ASİT-BAZ HACİMLERİ . UNLP. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35335/mod_resource/content/2/8%20Volumetr%C3%ADa%20%C3%A1cido%20base.pdf

González Nuñez, V. (sf). ASİT VE BAZLARIN TİTRASYON EĞRİLERİ . Salamanca Üniversitesi. https://diarium.usal.es/vgnunez/files/2012/11/2.-Curvas-de-titulaci%c3%b3n-de-%c3%a1cidos-bases.pdf

Khan Academy İspanyolca. (2015, 9 Ağustos). Titrasyon eğrileri ve asit-baz göstergeleri [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=iqEuJ8lKglw

Serbest metinler. (2020, 30 Ekim). 14.7: Asit-Baz Titrasyonları . İspanyolca Serbest Metinler. https://espanol.libretexts.org/Quimica/Libro%3A_Quimica_General_(OpenSTAX)/14%3A_Equilibrio_de_acido-base/14.7%3A_Titulaciones_de_acido-base

Skoog, D. (2021). Analitik Kimya (7. ^baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.