Bir analitik kimya laboratuvarında 0,1 M HCl çözeltisinin konsantrasyonu potansiyometrik titrasyon yöntemiyle belirlmek isteniyor. Titrant olarak 0,1 M NaOH kullanılıyor ve eşdeğerlik noktası pH 7'de gözleniyor. Titrasyon eğrisinin birinci türevinin maksimum yaptığı noktada aşağıdaki iyonlardan hangisinin derişimi en yüksektir?
A) H+Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruyu çözmek için potansiyometrik titrasyonun temel prensiplerini ve eşdeğerlik noktasında iyon derişimlerinin nasıl değiştiğini anlamamız gerekiyor. Adım adım ilerleyelim:
Potansiyometrik titrasyonlarda, titrasyon eğrisinin birinci türevinin maksimum yaptığı nokta, titrasyonun eşdeğerlik noktasını gösterir. Eşdeğerlik noktası, analit (burada HCl) ile titrant (burada NaOH) arasındaki kimyasal tepkimenin tam olarak tamamlandığı noktadır.
0,1 M HCl (kuvvetli asit) ile 0,1 M NaOH (kuvvetli baz) arasındaki tepkime aşağıdaki gibidir:
$HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}$
Bu tepkime aslında iyonik olarak şu şekilde gerçekleşir:
$H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + Na^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}$
Net iyonik tepkime ise şöyledir:
$H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}$
Eşdeğerlik noktasında, başlangıçtaki tüm $H^+$ iyonları, eklenen $OH^-$ iyonları ile tepkimeye girerek suya dönüşmüştür. $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonları ise tepkimeye girmeyen "seyirci" iyonlardır ve çözeltide kalırlar.
Soru bize eşdeğerlik noktasının pH 7'de gözlendiğini belirtiyor. Kuvvetli bir asit ile kuvvetli bir bazın titrasyonunda eşdeğerlik noktasında pH'ın 7 olması beklenir. pH 7 olması şu anlama gelir:
Şimdi $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonlarının derişimlerini hesaplayalım. Başlangıçta 0,1 M HCl çözeltisi vardı ve 0,1 M NaOH titrant olarak kullanılıyor. Konsantrasyonlar eşit olduğu için, eşdeğerlik noktasına ulaşmak için eklenen NaOH hacmi, başlangıçtaki HCl hacmine eşit olacaktır.
Örneğin, $V_{HCl}$ hacminde 0,1 M HCl aldığımızı varsayalım. Eşdeğerlik noktasında $V_{NaOH}$ hacminde 0,1 M NaOH eklenmiş olacaktır. Konsantrasyonlar eşit olduğundan $V_{NaOH} = V_{HCl}$ olur.
Toplam hacim $V_{toplam} = V_{HCl} + V_{NaOH} = V_{HCl} + V_{HCl} = 2 \times V_{HCl}$ olur.
Başlangıçtaki $Cl^-$ mol sayısı: $mol_{Cl^-} = C_{HCl} \times V_{HCl} = 0,1 \text{ M} \times V_{HCl}$
Eşdeğerlik noktasındaki $Cl^-$ derişimi: $[Cl^-] = \frac{mol_{Cl^-}}{V_{toplam}} = \frac{0,1 \text{ M} \times V_{HCl}}{2 \times V_{HCl}} = \frac{0,1}{2} = 0,05$ M
Eşdeğerlik noktasında eklenen $Na^+$ mol sayısı: $mol_{Na^+} = C_{NaOH} \times V_{NaOH} = 0,1 \text{ M} \times V_{HCl}$ (çünkü $V_{NaOH} = V_{HCl}$)
Eşdeğerlik noktasındaki $Na^+$ derişimi: $[Na^+] = \frac{mol_{Na^+}}{V_{toplam}} = \frac{0,1 \text{ M} \times V_{HCl}}{2 \times V_{HCl}} = \frac{0,1}{2} = 0,05$ M
Eşdeğerlik noktasındaki tüm iyon derişimlerini listeleyelim:
Görüldüğü gibi, $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonlarının derişimleri $0,05$ M olup, $H^+$ ve $OH^-$ iyonlarının derişimlerinden ($10^{-7}$ M) çok daha yüksektir. Bu iki iyonun derişimi birbirine eşittir.
Eşdeğerlik noktasında $Na^+$ ve $Cl^-$ iyonlarının derişimleri en yüksek ve birbirine eşittir. Ancak soru bizden "hangisinin" en yüksek olduğunu seçmemizi istiyor. Genellikle bu tür sorularda, analit çözeltisinden gelen ve titrasyon boyunca seyirci iyon olarak kalan iyon tercih edilir. Bu durumda, analit HCl olduğu için $Cl^-$ iyonu bu kategoriye girer.
Cevap D seçeneğidir.
