Yrd. Doç. Dr. Aysel KÜÇÜK TUNCA
KANTİTATİF ANALİZ: Bir maddenin bileşenlerinden her
birinin ne oranda olduğunu bulmaya yarayan analiz dalına
denir. Kantitatif analiz başlıca 3 bölüme ayrılır:
Volumetrik Analiz: Aranan maddenin, konsantrasyonu bilinen
standart bir maddeyle reaksiyona girerek eşdeğer gramının
belirlenmesi esasına dayanır. Bu analizde, titrasyon metodu
kullanılarak çözünürlük bulunur.
Gravimetrik Analiz: Aranan maddenin belirli bir bileşende
çöktürülmesi esasına dayanır. Bu maksatla, çözünürlüğü
saptanacak maddenin doygun çözeltisi hazırlanır ve çözücüsü
uçurularak kalan madde tartılıp, çözünürlük bulunur.
Enstrümental Analiz: Aranan maddenin fiziksel bir özelliğinin
ölçülmesine dayanır.
VOLUMETRİK ANALİZLER
Volumetrik analiz yöntemleri, gravimetrik analiz
yöntemlerine göre genellikle çok daha kısa süren, kolay
yöntemlerdir. Volumetrik Analiz (Titrimetrik Analiz),
hacim ölçümüne dayanan tayin yöntemine verilen genel
bir isimdir ve yöntem hacimsel (hacim=volume)
olduğundan volumetri adını alır. Ayrıca titrasyona
dayalı olduğu için titrimetri olarak da adlandırılır.
Titrimetri ve volumetri genellikle aynı amaçla kullanılır.
Titrimetri ile konsantrasyonu ve hacmi bilinen bir
çözeltiyle kimyasal reaksiyona giren bir numune içinde
bulunan (aranan) madde tayin edilir. Hâlbuki
volumetride bundan başka, sadece gaz hacmini ölçmek
suretiyle de tayin yapılabilir.
Titrimetrik
analizde
aranan
madde,
konsantrasyonu bilinen standart bir madde ile
reaksiyona sokulur. Madde, bu standart madde ile
ya çözünmeyen bir bileşik, ya redoks reaksiyonu ya
da nötralleşme reaksiyonu verir. Bu reaksiyonlara
bağlı olarak maddenin kantitatif analizi yapılır.
Titrimetrik analiz, ucuza mal olmasından ve
doğruluğunun yüksek olmasından dolayı tercih
edilen bir yöntemdir. Asit, baz ve anorganik
maddelerin analizinde kullanılır.
Titrimetrik analizde yapılan işlem titrasyon işlemi
olarak adlandırılır. Bu işlemde, derişimi bilinmeyen
maddenin belirli hacimdeki çözeltisine, tespit edilecek
madde ile reaksiyona giren ve derişimi bilinen bir
maddenin çözeltisinin, iki çözelti arasındaki reaksiyon
tamamlanıncaya kadar yavaş yavaş ilave edilmesidir.
Reaksiyonun tamamlanması ise, renk değişikliğine sebep
olan bir indikatör kullanarak belirlenir. Reaksiyonun
tamamlanması esnasında ilave edilmiş olan madde miktarı
belirlenerek,
buradan
bilinmeyen
madde
konsantrasyonuna geçilir.
Kısaca işlemin uygulama şekli, derişimi bilinen bir asit
veya baz çözeltisi "büret" denen bir cam düzenekten
cam bir erlen içerisindeki derişimi bilinmeyen asit veya
baz çözeltisine nötralizasyon tamamlanana kadar yavaş
yavaş ilave edilmesidir. Nötralizasyon işleminin bitişi ise,
bir pH metre veya bir asit-baz indikatörü ile
gözlenebilir.
Volumetrik analizler için;
tartımlarda kullanılan hassas bir teraziye,
çözelti hacimlerinin ölçülmesi için büret, pipet,
mezür gibi dereceli laboratuar malzemelerine,
konsantrasyonlarının
(çözeltideki
çözünen
madde miktarının) hassas bir şekilde saptandığı
(ayarlı) standart çözeltilere ve
dönüm
noktalarının
saptanması
için
indikatörlere
(çözeltilerde
ortamın
iyon
konsantrasyonuna
göre
renk
değiştiren
maddelerdir) gerek vardır.
Burada kullanılan indikatörlerin renk değiştirme
noktalarına
dönüm
noktası
denir.
Miktarı
belirlenecek olan madde çözeltisi, genel olarak bir
erlen içine, derişimi bilinen çözelti ise bürete konur.
Bir indikatör eşliğinde çözeltiler reaksiyona sokulur.
İndikatörler, renk değişimi ile dönüm noktasını
(titrasyonun bitiş veya son noktasının saptanmasını)
belirleyen reaktiflerdir. Çeşitli pH aralıklarında
kullanılan çok sayıda indikatör vardır.
Zayıf organik asit veya zayıf organik baz formunda
olan bu boya maddeleri, belirli pH değerlerinde renk
değiştirirler. Yani asidik veya bazik ortamlarda farklı
renklere sahiptirler. Böylelikle, ilave edildikleri
çözeltinin asit veya baz olduğunu gösterirler.
Örneğin; fenolftalein asidik ortamda renksiz, bazik
ortamda menekşe rengini alır.
Volumetrik analizler, titrasyon sırasında meydana gelen
başlıca reaksiyon türlerine göre 4 temel gruba ayrılır:
•Nötralizasyon titrasyonları
Asidimetri
Alkalimetri
•Redoks titrasyonları
Oksidimetri (Yükseltgeme)
Redüktimetri (İndirgeme)
•Çöktürme titrasyonları
Kompleksometri
HCl + NaOH
asit
baz
H2O + NaCl
su
tuz
1-Nötralleşme
reaksiyonları
(asit-baz
reaksiyonları):
Kimyada yaygın olarak bilinen reaksiyonlardan
bir tanesi de asit-baz reaksiyonları olup,
nötralleşme reaksiyonları olarak bilinir. Asit ve
bazların bir çözeltideki derişimlerini ölçmek
için
titrasyon
işleminden
yararlanılır.
Titrasyonda
nötralizasyon
reaksiyonu
kullanılır. Sulu çözeltideki bu reaksiyonun temel
özelliği, su oluşturmak üzere hidroksit iyonuyla
hidronyum iyonunun birleşmesidir.
H3O+ + OH2H2O
Asidik numune, standart baz çözeltisi ile titre
edilirse, asidimetri adını alır. Bazik numune,
standart asit çözeltisi ile titre edilirse de,
alkalimetri adını alır.
Nötralleşme reaksiyonu ile konsantrasyonu bilinen
asit veya bazdan konsantrasyonu bilinmeyen asit
veya bazın konsantrasyonu belirlenebilir. Bunun için
titrasyon işlemi yapılır. Titrasyon işleminde
kullanılan indikatörler, nötralleşme reaksiyonunun
tamamlandığını, diğer bir ifadeyle, ortamdaki asit
ve
bazın
eşdeğer
miktarda
bulunduğunu
anlamamıza yardım eder.
Asit ve bazın eşdeğer miktarda bulunduğu
noktaya eşdeğerlik noktası (ekivalent nokta)
denir. Bu nokta teorik bir noktadır. İndikatör
aracılığı
ile
belirlenen
ve
nötralleşme
reaksiyonunun tamamlandığı noktaya ise dönüm
noktası denir ve deneysel olarak tespit edilir.
Hatasız bir titrasyonda (olasılığı pek azdır)
fiziksel olarak gözlenen dönüm noktası, teorik
olarak bulunan ekivalent noktasına eşittir.
Titrasyonla belirlenen değerler aşağıdaki eşitlikte
yerine konularak bilinmeyen konsantrasyon tespit
edilir.
Ca . Va = Cb . Vb
Asidin eşdeğer gram sayısı = Bazın eşdeğer gram sayısı
Burada, Ca ve Cb sırasıyla asit ve bazın
konsantrasyonunu, Va ve Vb ise asit ve bazın
hacmini ifade eder.
2-Çökme reaksiyonları: Numune, çöktürücü
bir reaktifin standart çözeltisi ile titre edilir.
Reaksiyon sonunda az çözünen bir çökelti
oluşturulur.
Ag+ + Cl−
AgCl (k)
3-Yükseltgenme-indirgenme
reaksiyonları:
İndirgen numune, yükseltgeyici (oksitleyici)
standart reaktif ile yükseltgen numune ise
standart indirgeyici (redükleyici) reaktif ile
titre edilir.
2Fe+3 + H2S-2
Fe2+3 + 3C+2O
2Fe+2 + 2H+ + S0
2Fe0 + 3C+4O2
4-Kompleksleşme Reaksiyonları: Numune,
kompleks iyon oluşturucu bir standart reaktif
ile titre edilir. Reaksiyon sonunda kompleks
bir iyon meydana gelir.
Ag+ + 2CN−
[Ag(CN)2]−
Titrasyon sırasında meydana gelen bütün bu reaksiyon
türlerinde, hacmi ve içinde çözünen madde miktarı belli
olan ayarlı veya standart çözeltiler kullanılır.
Konsantrasyonu bilinen bu çözeltilere (ayarlı) standart
çözeltiler denir. Bürete doldurulan standart çözelti,
analizi yapılacak olan çözeltiye damla damla ilave edilir.
Bu sırada analiz çözeltisinin bulunduğu erlen
çalkalanarak karışma sağlanır.
İşlem başlamadan önce ve reaksiyon tamamlandığında
büretteki standart çözeltinin hacmi okunur. İkisi
arasındaki fark sarfiyat olarak alınır. Cam ve su
molekülleri arasındaki çekim kuvveti nedeniyle büretteki
çözeltinin yüzeyi küreseldir. Renksiz çözeltilerde
küresel yüzeyin en alt noktasındaki teğet esas alınarak
hacim okuması yapılır. Renkli çözeltilerde ise en üst kesit
dikkate alınır.
Sarf edilen çözeltinin hacmini ölçmede sıvılar
için genellikle temel hacim ölçü birimi olan
litrenin as katı olan mililitre kullanılır.
Volumetrik analiz yöntemi; aynı zamanda
birbirleriyle tepkimeye giren maddelerin
eşdeğer gram sayılarının eşitliği esasına
dayanır. Eşdeğer gram; bir maddenin 1 mol
elektron alabilen veya verebilen miktarıdır.
Volumetrik analizde, bir reaksiyonun kullanılabilmesi için;
•Reaksiyon, tek ve basit bir
edilebilmelidir.
•Reaksiyon yeterince hızlı olmalıdır.
denklemle
ifade
•Eşdeğerlik noktası (ekivalent nokta) olarak adlandırılan
reaksiyonun tamamlandığı noktada, gözlenebilir fiziksel
veya kimyasal bir değişme meydana gelmelidir. Eğer bu
gerçekleşmezse, eşdeğer noktada gözlenebilir bir
değişim gösteren ve indikatör denilen maddeler
kullanılmalıdır. Dönüm noktası, sizin büretin musluğunu
kapattığınız noktadır. Dönüm noktası eşdeğerlik
noktasına ne kadar yakın olursa, titrasyon hatası da o
kadar az olur.
Titrasyon sırasında hataları azaltmak için uygun
seyreltiklikte standart çözeltiler kullanılmalıdır. Titre
edilen madde miktarına bağlı olarak genellikle 1 N;
0,1 N; 0,01 N v.b. çözeltiler kullanılır.
Titrasyon
sonunda
yapılacak
hesaplamaları
kolaylaştırmak için özellikle rutin analizlerde standart
çözeltiler kullanılır. Standart çözeltinin 1 mL'si, titre
edilen maddenin 1 mg'ına karşılık olacak şekilde
ayarlanır. Böylece titrasyonda büretten okunan mL
(mililitre) cinsinden sarfiyat, doğrudan doğruya tayin
edilen maddenin mg (miligram) olarak miktarını verir.
0,1 N; 0,01 N v.b. olacak şekilde hazırlanan
standart çözeltiler, safsızlık, tartım hatası v.b.
nedenlerle
genellikle
tam
istenen
konsantrasyonda hazırlanamayabilir. Ya daha
derişik, ya da daha seyreltik çözeltiler elde
edilebilir. Bu nedenle saf bir maddenin hassas
olarak tartılan miktarları, hazırlanan çözelti ile
titre edilerek gerçek normalite hesaplanır.
Sonucun Hesaplanması
Volumetrik analizde, titre edilen maddeye eşdeğer
miktarda standart çözeltinin içerdiği madde reaksiyona
girdiğinde işlem tamamlanır.
Standart çözeltinin gerçek normalitesi N, titrasyonda
tüketilen standart çözelti hacmi V(mL) ise, analizi
yapılan madde miktarı; NxV dir.
Madde miktarı, tayin edilen maddenin mili ekivalent
gramına (meg) bölünür. Buna göre; m/meg=NxV dir.
meg=MA/tdx1000 veya eg=MA/td şeklinde hesaplanır.
Asit ve bazlarda mili ekivalent gram (meg), molekül
ağırlıklarının binde biridir.
Örnek1
I. Sirkede asetik asit tayini:
Materyal: 0,1 M Sodyum hidroksit çözeltisi, fenol ftalein
indikatörü, sirke, meyve suyu (portakal, limon), büret, erlen,
pipet ve huni.
İzlenecek yol: Yukarıdaki şekildeki gibi titrasyon düzeneği
kurulur. Büret 0,1 M NaOH çözeltisi ile doldurulur. Bir pipet
yardımıyla erlene 15 mL sirke alınır. Erlene 1-2 damla
fenolftalein indikatörü damlatılır. Büretin musluğu hafifçe
açılarak NaOH çözeltisinin çalkalanan erlene yavaş yavaş
damlaması sağlanır. Renk değişiminin olduğu noktaya (dönüm
noktasına) yaklaşıldıkça damlatma hızı azaltılır. Pembe renk
oluştuğu anda titrasyon işlemine son verilir. Harcanan NaOH
hacmi büretten okunur ve asetik asitin konsantrasyonu
hesaplanır.
II. Meyve sularındaki sitrik asit tayini:
Bir pipet yardımıyla erlene 10 mL meyve suyu alınır.
Üzerine 10 mL saf su ilave edilir. Erlene 2-3 damla
fenolftalein indikatörü damlatılır. Yukarıda yapılan
titrasyon işlemi tekrarlanır ve aynı şekilde dönüm
noktası belirlenir. Harcanan NaOH hacmi büretten
okunur ve sitrik asitin konsantrasyonu hesaplanır.
Titrasyon yapılırken damlatma hızına dikkat edilmeli,
erlen sürekli çalkalanmalı ve pembe rengin kaybolmadığı
ilk anda titrasyon işlemine son verilmelidir. Şayet
dönüm noktası kaçırılırsa, titrasyon tekrarlanmalıdır.
Soru: 25 mL asetik asit için 0,1 M NaOH
çözeltisinden 21,82 mL harcanmıştır. Buna
göre ortamda kaç gram asetik asit vardır.
(Asetik asit için molekül ağırlığı: 60 g/mol)
Nbaz . Vbaz = masit / megasit
Örnek2
Amaç: Günlük hayatta kullanılan kabartma tozunun saflık
derecesini kantitatif olarak belirlemek.
Materyal: HCl, metil oranj indikatörü, kabartma tozu,
büret, erlen ve mezür.
İzlenecek Yol: Kabartma tozundan yaklaşık 0,5 g
tartılır. Erlene aktarılır ve çözününceye kadar saf su
ilave edilir. Büret 0,1 M HCl çözeltisi ile doldurulur.
Erlene iki damla metil oranj damlatılır. Titrasyon işlemi
yapılır ve dönüm noktası belirlenir.
NaHCO3 + HCl
H2CO3 + NaCl
Aşağıdaki eşitliğin kullanılmasıyla harcanan HCl
miktarından NaHCO3 miktarı belirlenir:
Kütle
meg
NaHCO
NaHCO
3
 M
asit
.V asit
3
Başlangıçta alınan tartım miktarına göre
kabartma tozunun saflık derecesi tespit edilir.
% Saflik 
Kütle
NaHCO
3
Tartilanmi ktar
x100
Download

Volumetrik Analiz