Titrasyon Eğrileri: Eşdeğerlik Noktaları, Yarı Eşdeğerlik ve İndikatör Seçimi
Kısa yanıt: Bir titrasyon eğrisi, eklenen titrant hacmine karşı pH'ı çizer. NaOH ile titre edilen zayıf bir asitte eğri asidin pH'ında başlar, yarı eşdeğerlikte pH = pKa olan bir tampon bölgesinden yavaşça yükselir, ardından eşdeğerlik noktasında dik bir şekilde sıçrar. Eşdeğerlik pH'ı yalnızca kuvvetli asit ile kuvvetli baz için 7,00'dır. Renk değişimi dik kısımda yer alan bir indikatör seçin. Ücretsiz titrasyon eğrisi simülatörü eğriyi çizer, her noktayı işaretler ve indikatörleri değerlendirir.
Bir titrasyon eğrisi neyi gösterir?
Bir asit-baz titrasyonunda derişimi bilinen bir çözelti (titrant), ölçülmüş bir hacimdeki analite bir büretten eklenir. Eşdeğerlik noktası, titrantın mol sayısının analitin mol sayısına tam olarak eşit olduğu noktadır. Dönüm noktası, indikatörün renk değiştirdiği noktadır.
Eğrinin dört kısmı vardır: başlangıç pH'ı, tampon bölgesi (zayıf asit veya baz için), eşdeğerlik noktası çevresindeki dik sıçrama ve aşırı titrantın düz bölgesi.
Her bölge için formüller
NaOH ile titre edilen zayıf bir HA asidi için:
- Başlangıç: [H⁺] = √(Ka × C).
- Tampon bölgesi: pH = pKa + log(A⁻ mol sayısı / HA mol sayısı).
- Yarı eşdeğerlik: A⁻ mol sayısı = HA mol sayısı; bu yüzden pH = pKa.
- Eşdeğerlik: yalnızca A⁻ kalır. [OH⁻] = √(Kb × C); burada Kb = Kw / Ka ve C toplam hacimdeki tuz derişimidir.
- Eşdeğerlikten sonra: [OH⁻] = aşırı NaOH'nin mol sayısı / toplam hacim.
Simülatör bu formüller arasında geçiş yapmaz. Her hacimde tam yük denkliğini, [H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻], çözer. Bu, kısayolların işe yaramadığı poliprotik asitler ve çok seyreltik çözeltiler için doğru değerler verir.
Titrasyon eğrisi simülatörü nasıl kullanılır?
- Titrasyon eğrisi simülatörünü açın.
- Balondaki analit seçimini yapın. Asitler NaOH ile, bazlar HCl ile titre edilir. Kendi pKa veya pKb değerinizi yazmak için özel zayıf asit veya özel zayıf baz seçin.
- Analit derişimi (mol/L), Analit hacmi (mL) ve büretteki titrant derişimini girin.
- Sonuçlar panelini okuyun: başlangıç pH'ı, her eşdeğerlik noktası ve her yarı eşdeğerlik noktası.
- Aralığını grafikte görmek için İndikatör renk bandını göster altında bir indikatör seçin. İndikatör tablosu metil oranj, metil kırmızısı, turnusol, bromtimol mavisi ve fenolftaleinin dönüm noktası hatasını listeler.
- pH değerleri tablosu almak için Seçilen hacimlerdeki pH alanına hacimler yazın.
- Grafiği PNG dışa aktar ile, verileri CSV dışa aktar ile kaydedin.
Çözümlü örnekler
1. 0,100 M NaOH ile 25,00 mL 0,100 M HCl
Başlangıç: pH = −log 0,100 = 1,00. 10,00 mL'den sonra: 35,00 mL'de 2,50 − 1,00 = 1,50 mmol H⁺; bu yüzden [H⁺] = 0,0429 M ve pH = 1,37.
25,00 mL'de pH 7,00'dır. 30,00 mL'de 55,00 mL içinde 0,500 mmol aşırı OH⁻ vardır; bu yüzden pOH = 2,04 ve pH = 11,96. pH, 24,90 ile 25,10 mL arasında 3,7'den 10,3'e sıçrar.
2. 0,100 M NaOH ile 25,00 mL 0,100 M asetik asit
Başlangıç: [H⁺] = √(1,74 × 10⁻⁵ × 0,100) = 1,32 × 10⁻³ M, pH = 2,88. 12,50 mL'de pH = pKa = 4,76. 20,00 mL'de pH = 4,76 + log(2,00/0,50) = 5,36.
25,00 mL'de balonda 0,0500 M asetat bulunur. Kb = 5,75 × 10⁻¹⁰, [OH⁻] = 5,36 × 10⁻⁶ M, pH = 8,73. Doğru indikatör fenolftaleindir.
3. 0,100 M HCl ile 25,00 mL 0,100 M NH₃
Başlangıç: pH = 11,12. Yarı eşdeğerlikte pH = NH₄⁺'nın pKa'sı = 9,25. Eşdeğerlikte balonda 0,0500 M NH₄⁺ bulunur; bu yüzden pH = 5,28. Metil kırmızısı kullanın.
4. 0,100 M NaOH ile 25,00 mL 0,100 M H₃PO₄
pKa değerleri 2,15, 7,20 ve 12,38'dir. Birinci eşdeğerlik noktası 25,00 mL'de, pH 4,70'tedir. İkincisi 50,00 mL'de, pH 9,67'dedir. 37,50 mL'de pH = pKa₂ = 7,20.
75,00 mL'deki üçüncü eşdeğerlik noktası sıçrama göstermez; çünkü HPO₄²⁻ suda titre edilemeyecek kadar zayıf bir asittir.
5. 0,100 M HCl ile 25,00 mL 0,0500 M Na₂CO₃
Karbonat iki proton alır. Birinci eşdeğerlik noktası (CO₃²⁻ → HCO₃⁻) 12,50 mL'de, pH 8,34'tedir. İkincisi (HCO₃⁻ → H₂CO₃) 25,00 mL'de, pH 3,98'dedir. Metil oranj ikinci ve daha keskin dönüm noktasını gösterir.
Özet tablo
| Titrasyon | Başlangıç pH’ı | Yarı eşdeğerlik pH'ı | Eşdeğerlik pH'ı | İndikatör |
|---|---|---|---|---|
| 0,1 M HCl + NaOH | 1.00 | yok | 7.00 | Fenolftalein, metil kırmızısı, bromtimol mavisi, metil oranj |
| 0,1 M CH₃COOH + NaOH | 2.88 | 4.76 | 8.73 | Fenolftalein |
| 0,1 M NH₃ + HCl | 11.12 | 9.25 | 5.28 | Metil kırmızısı, metil oranj |
| 0,1 M H₃PO₄ + NaOH | 1.63 | 2,29 ve 7,20 | 4,70 ve 9,67 | İdeal olanı yok; pH metre veya daha uygun bir indikatör kullanın |
| 0,05 M Na₂CO₃ + HCl | 11.50 | 10,32 ve 6,35 | 8,34 ve 3,98 | İkincisi için metil oranj |
İndikatör renk aralıkları: metil oranj 3,1–4,4 (kırmızıdan sarıya), metil kırmızısı 4,4–6,2 (kırmızıdan sarıya), turnusol 4,5–8,3 (kırmızıdan maviye), bromtimol mavisi 6,0–7,6 (sarıdan maviye), fenolftalein 8,2–10,0 (renksizden pembeye).
Sık yapılan hatalar
- Her eşdeğerlik noktasının pH 7'de olduğunu varsaymak.
- Derişimleri hesaplamadan önce titrant hacmini analit hacmine eklemeyi unutmak.
- Yalnızca bir formun bulunduğu 0 mL'de veya eşdeğerlik noktasında Henderson-Hasselbalch'ı kullanmak.
- Bir indikatörü dik kısımda yer aldığı için değil, aralığı 7'yi içerdiği için seçmek.
- Poliprotik bir asidin her protonu için görünür bir sıçrama beklemek.
- Dönüm noktası ile eşdeğerlik noktasını aynı şey saymak.
Sınav ipuçları
- AP Chemistry: sizden çoğu zaman eğriyi çizmeniz ve yarı eşdeğerlik noktasını işaretlemeniz istenir. "[HA] = [A⁻] olduğu için pH = pKa" deyin.
- A-level: dört eğri biçimini ve iki indikatörü öğrenin. Zayıf asit ile kuvvetli baz için fenolftalein; kuvvetli asit ile zayıf baz için metil oranj.
- Sınavlar için: zayıf bir asit ile kuvvetli bir bazın eşdeğerlik noktasında pH = 7 + ½(pKa + log C). 0,05 M asetat için: 7 + ½(4,76 − 1,30) = 8,73.
- Eşdeğerlikteki titrant hacmi asit kuvvetine değil, yalnızca mol sayısına bağlıdır. Oradaki pH ise kuvvete bağlıdır.
Sorular ve yanıtlar
Zayıf asit ile kuvvetli baz titrasyonunun eşdeğerlik noktasında pH nedir?
Konjuge baz hidroliz olduğu için 7'nin üzerindedir. 0,100 M NaOH ile titre edilen 25,00 mL 0,100 M asetik asit için eşdeğerlik noktası 25,00 mL'de ve pH 8,73'tedir.
Yarı eşdeğerlik noktasında pH neden pKa'ya eşittir?
Zayıf asidin yarısı konjuge bazına dönüşmüştür; bu yüzden [HA] = [A−]. pH = pKa + log([A−]/[HA]) ifadesinde log terimi log 1 = 0 olur; bu yüzden pH = pKa.
Bir titrasyon için indikatör nasıl seçilir?
Eşdeğerlik noktasındaki pH'ı bulun ve renk değişimi eğrinin bu noktanın çevresindeki dik kısmında yer alan bir indikatör seçin. Fenolftalein zayıf asitlerle kuvvetli bazlara, metil kırmızısı ve metil oranj zayıf bazlarla kuvvetli asitlere uygundur; kuvvetli asit ile kuvvetli baz için çoğu indikatör işe yarar.
Fosforik asit neden yalnızca iki eşdeğerlik noktası gösterir?
Üçüncü pKa değeri 12,38'dir. HPO4 2− öyle zayıf bir asittir ki üçüncü basamak aşırı NaOH'nin pH'ına karışır; bu yüzden üçüncü eşdeğerlik noktasında belirgin bir sıçrama olmaz.
Titrasyon eğrisinin tampon bölgesi nedir?
Hem zayıf asidin hem de konjuge bazının kayda değer miktarlarda bulunduğu, kabaca eşdeğerlik noktasına giden yolun %10'undan %90'ına kadar uzanan düz kısımdır. Burada pH, pKa'nın yaklaşık bir birim yakınında kalır.
Turnusol neden titrasyon indikatörü olarak kullanılmaz?
Rengi pH 4,5'ten 8,3'e kadar geniş bir aralıkta yavaş yavaş değişir; bu yüzden keskin bir dönüm noktası görmek zordur.
Dönüm noktası ile eşdeğerlik noktası arasındaki fark nedir?
Eşdeğerlik noktası, titrantın mol sayısının analitin mol sayısına eşit olduğu noktadır. Dönüm noktası ise indikatörün renk değiştirdiği noktadır. İyi bir indikatör, ikisinin titrant hacminin yüzde birinin bir kesri kadar içinde örtüşmesini sağlar.