Kondüktometrik titrasyon diğer yöntemlerin zorlandığı durumlarda uygun bir alternatiftir

İletkenlik titrasyonu olarak da adlandırılan kondüktometrik titrasyon, bir titrant eklenirken iletkenliğin değişimine dayanan analitik bir yöntemdir. Çözeltinin iletkenliğindeki değişiklik her titrant ilavesinden sonra ölçülmektedir. Bu bir iletkenlik sensörü ile gerçekleştirilmektedir. Bu blog makalesinde ilkeler, avantajlar ve kondüktometrik titrasyonun bazı örnekleri verilmektedir.

Giriş

Gıda ve petrokimya sektörleri de dahil olmak üzere çeşitli endüstriler iletkenlik titrasyonlarından yararlanmaktadır. Bu yöntem, diğer titrasyon yaklaşımlarıyla ölçülmesi genellikle zor olan numunelerdeki parametrelerin belirlenmesine olanak tanıyabilmektedir. Kondüktometrik titrasyon bu analitik zorluklara karşı değerli bir çözüm sunmaktadır.

Kondüktometrik titrasyon aşağıdaki durumlarda kullanılabilmektedir:

Asit-baz titrasyonları: hem sulu hem de susuz ortam
Çöktürme titrasyonları: Cl^-, Br^-, I^-, SO₄^2-, R–S–R, R–SH
Kompleksometrik titrasyonlar

Kondüktometrik titrasyon nedir?

Bir çözeltiye titrant eklenirken iletkenliğin değişimine dayanan analitik yönteme kondüktometrik titrasyon adı verilmektedir.

Bir numunenin genel iletkenliği, ölçüm çözeltisindeki ayrışmış iyonların iletkenliklerinin toplamına eşittir. Titrasyon sırasında iletkenlik, titrantın eklenmesinden ve titrant ile analit arasındaki reaksiyondan dolayı değişmektedir. Titrasyonun dönüm noktası, titrasyon eğrisindeki bir kırılma ile gösterilmektedir. Bunun örnekleri makalenin ilerleyen kısımlarında gösterilmektedir.

Dönüm noktalarının tespiti hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki blog yazımızı okuyabilirsiniz.

Dönüm noktalarının (EP) tanımlanması

Kondüktometrik titrasyon süreci nedir?

İletkenlik titrasyonu monotonik bir dönüm noktası titrasyonudur. Bu durum, titrantın sabit hacim artışlarıyla eklendiği anlamına gelmektedir.

Bu görevin gerçekleştirilmesi, manyetik veya pervaneli karıştırıcının, dozaj ucunun ve iletkenlik sensörünün kullanılmasını içermektedir. İletkenlik titrasyonlarını gerçekleştirirken göz önünde bulundurulması gereken önemli bir husus, hızlı bir sensör tepki süresidir (daha fazla bilgi için iletkenlik titrasyonlarına ilişkin sensörler bölümüne bakabilirsiniz).

Çıkarılabilir manşonlu tüm sensörlerde manşonlar çıkarılarak analiz gerçekleştirilmektedir. Ayrıca karıştırma yüksek bir hıza ayarlanmaktadır. Karıştırma hızında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta numuneye hava girişinin engellenmesidir. Sensör çevresinde oluşabilecek hava kabarcıkları kararsız bir sinyale neden olabilmektedir. Metrohm OMNIS Yazılımı, çözeltideki iletkenlik sensörü tarafından ölçülen tipik iletkenlik titrasyon eğrilerini değerlendirmektedir.

İletkenlik değeri her iyonik türe göre değişim göstermektedir

H⁺ ve OH^- iyonlarının her ikisi de yüksek iyonik iletkenlik sergilemektedir. İyonların kendisi hareket etmemekte, bunun yerine hidrojen bağı yoluyla bir protonu veya proton boşluğunu taşımaktadır (Şekil 1). Bu nedenle oksonyum iyonları ve hidroksit iyonları diğer iyonların birçoğundan daha yüksek iyonik iletkenliğe sahiptir.

Şekil 1. Hidronyum ve hidroksit iyonlarının iletkenliğinde proton ve proton boşluğu geçişi.

İyonları saymak

Hidroklorik asidin sodyum hidroksit ile kondüktometrik titrasyonu örneğini düşünün. Kimyasal reaksiyon denklemi aşağıdaki gibidir:

Hidroklorik asit güçlü bir asit olduğundan suda tamamen ayrışmaktadır. Güçlü bir baz olan sodyum hidroksit de suda tamamen ayrışır. Daha önce belirtildiği gibi, ölçülen iletkenlik çözeltilerdeki tüm ayrışmış iyonların toplamıdır. Bir numunenin iletkenlik değerini elde etmek için, her iyonun molar iletkenliğini kullanarak iyonların konsantrasyonunu ve bunların ayrışma sabitlerini hesaplamak gerekmektedir.

Stacked conductivity of each ion in an acid-base titration that contributes to the measured conductivity value.

Şekil 2. Asit-baz titrasyonunda her iyonun yığılmış iletkenliği, ölçülen iletkenlik değerine katkıda bulunmaktadır.

Şekil 2'de gösterildiği gibi, titrasyonun başlangıcında (solda) birçok H⁺ ve Cl^- iyonu mevcuttur. Cl^-iyonlarının konsantrasyonu titrasyon süresi boyunca değişmemektedir. Klorür iyonlarının varlığı genel iletkenliğe katkıda bulunmakta ancak titrasyon sırasında değişmeden kalmaktadır.

Daha sonra numuneye sodyum hidroksit eklenmektedir. Bu durum, numuneye Na⁺ iyonları vererek iletkenliğini artırmaktadır. Titrasyon süresince sodyum iyonlarının miktarı sürekli olarak artmaktadır. NaOH'dan gelen hidroksit iyonlarının da etkisi bulunmaktadır. OH^- iyonları hidronyum iyonlarını nötralize ederek yukarıdaki denklemde gösterildiği gibi su açığa çıkarmaktadır.

Hidronyum iyonları toplam iletkenliğin dışında bırakıldığında iletkenlik değeri önemli ölçüde azalır. En düşük iletkenlik, hidronyum veya hidroksit iyonlarının bulunmadığı titrasyon dönüm noktasında bulunmaktadır (Şekil 2, ortada). Dönüm noktasından hemen sonra iletkenlik yeniden keskin bir şekilde yükselmektedir. Daha fazla sodyum hidroksit eklendiğinde, hidronyum iyonlarıyla artık reaksiyona girmeyen OH^- iyonları ortamda bulunmaya başlar.

Aşağıdaki üç örnek, kondüktometrik asit-baz titrasyonları gerçekleştirirken yaygın olarak karşılaşılan farklı durumları açıklamaktadır: güçlü bir asidin güçlü bir bazla titre edilmesi, güçlü bir asidin zayıf bir bazla titre edilmesi ve zayıf bir asidin güçlü bir bazla titre edilmesi.

Güçlü bir asit ile güçlü bir bazın kondüktometrik titrasyonu

Bu, güçlü bir bazla titre edilen güçlü bir asidin tipik kondüktometrik titrasyon eğrisidir. H⁺ iyonları nötralize edildikçe iletkenlikteki azalma, önceki bölümde verilen açıklamayı takip etmektedir. Dönüm noktasına ulaşıldıktan sonra (minimum iletkenlik), fazla bazdan gelen OH^- iyonları genel iletkenliğe katkıda bulunarak eğrinin yeniden yükselmesine neden olur.

Güçlü bir asit ile zayıf bir bazın kondüktometrik titrasyonu

Bu örnekte güçlü bir asit (örn. hidroklorik asit, HCl) zayıf bir bazla (örn. amonyak, NH3) titre edilmektedir.

Başlangıçta çözeltinin iletkenliği yüksektir, çünkü güçlü asit tamamen ayrışmaktadır. Zayıf bazın eklenmesiyle amonyum iyonlarını (NH4⁺) oluşturan bir reaksiyon tetiklenmektedir. Zayıf baz H⁺ iyonlarıyla reaksiyona girmeye devam ettikçe çözeltinin iletkenliği giderek azalmaktadır. Bunun nedeni NH₄⁺'nın molar iletkenliğinin H⁺'nınkinden çok daha düşük olmasıdır.

Ekivalens noktası, tüm serbest hidrojen iyonlarının nötrleştirilmesiyle oluşmaktadır. Daha sonra, zayıf baz titrantının yalnızca kısmi ayrışmaya uğraması nedeniyle iletkenlik yavaş yavaş tekrar artmaktadır.

Zayıf bir asit ile güçlü bir bazın iletkenlik titrasyonu

Bu durumda zayıf bir asidin (örneğin asetik asit, CH₃COOH) titrasyonu güçlü bir bazla (örneğin sodyum hidroksit, NaOH) gerçekleştirilmektedir.

Titrasyonun başlangıcında çözeltinin iletkenliği düşüktür. Bunun nedeni zayıf asidin tam olarak ayrışmamasıdır. Sodyum hidroksit gibi güçlü bir baz eklendiğinde, çözünmemiş asetik asit ile su oluşturmak üzere bir reaksiyon meydana gelmektedir. Sodyum ve asetat iyonlarının salınımı iletkenliği artırmaktadır.

Ekivalens noktasına asetik asit sodyum hidroksit ile tamamen reaksiyona girdiğinde ulaşılmaktadır. Bu gerçekleştiğinde, daha fazla sodyum hidroksit eklendikten sonra hidroksit iyonlarının (ana katkı) ve sodyum iyonlarının (küçük katkı) iletkenliği önemli ölçüde artmaktadır.

Molar iletkenlik, tamamen ayrışmış bir iyonun molariteye göre elektriksel iletkenliğidir. Her iyon türü elektriği farklı şekilde ilettiğinden, molar iletkenlik her birinin benzersiz bir özelliğidir (Tablo 1).

Tablo 1. Sonsuz seyreltmede farklı iyonların molar iletkenliği.

600923080 (left) and 600925100 (right) are optimal sensors for conductivity titrations.

Şekil 3. İletkenlik titrasyonları için en uygun sensörler sağlam olmalı ve her türlü değişikliğe hızlı yanıt vermelidir.

İletkenlik titrasyonları için sensörler

İletkenlik titrasyonu için sensör seçerken dikkate alınması gereken en önemli parametre tepki süresidir. İletkenlikteki değişimle ilgilendiğimiz için mutlak ölçüm değeri o kadar da önemli değildir.

Bu nedenle Metrohm Pt1000'li 4 telli iletkenlik ölçüm hücresi c = 0,5 cm-1 (Şekil 3, sol) ve Pt1000'li 5 halkalı iletkenlik ölçüm hücresi c = 0,7 cm-1 (Şekil 3, sağ) en uygun çözümlerdir. 5 halkalı sensörün manşonu ölçümden önce çıkarılmaktadır.

Her iki sensör de kondüktometrik titrasyon için ideal olup, son derece dayanıklı ve sağlamdırlar.

Kondüktometrik titrasyonun avantajları

İletkenlik titrasyonunun çeşitli avantajları vardır. Öncelikle renk indikatörüne gerek yoktur ve bu nedenle renkli ve bulanık numunelerin titre edilmesi mümkündür. İkincisi, tüm titrasyonlar için tek bir sensör kullanılabilmetkedir. Üçüncüsü, yukarıdaki örnekte gösterildiği gibi bu yöntem bu tür numuneler için keskin dönüm noktaları verdiğinden zayıf asitler bile titre edilebilmektedir.

Kondüktometrik titrasyonun kullanılmasının avantajları

Kolay kullanım
Bakım gerektirmeyen elektrot
Referans elektroduna ihtiyaç duymaz
İndikatöre gereksinim yoktur
0.001 mol/L'ye kadar çok seyreltik çözeltileri titre etme imkanı

OMNIS platformunda kondüktometrik titrasyonun çalıştırılması kolaydır. Reaksiyona bağlı olarak kullanıcı, güvenilir sonuçlar elde etmek için titrasyon parametrelerini kolaylıkla ayarlayabilmektedir.

Bir eğrinin değerlendirilmesinda zorluk yaşandığında, OMNIS kullanıcılara kapsamlı araçlar sunmaktadır. Yazılım, eğriye en uygun teğetlerin (düz çizgiler) eklenmesine de olanak tanımaktadır. Ayrıca kullanıcılar, dönüm noktasının tanımlanması gereken belirli alanını belirlemek için ölçüm pencereleri de oluşturabilmektedir. Bu pencereler, hem iletkenlik hem de hacim açısından esnek bir şekilde ayarlanabilmektedir.

Özet

Genel olarak iletkenlik titrasyonu, çözeltilerdeki iyonik bileşiklerin konsantrasyonunu belirlemek için değerli bir analitik yöntemdir. Geleneksel titrasyon yöntemlerine hızlı ve kesin bir alternatif sunmakta ve birçok numunenin iyonik içerik açısından incelenmesine olanak tanımaktadır.

Bu teknik aynı zamanda klasik potansiyometrik titrasyona göre bazı avantajlar da sunabilmektedir. İletkenlik sensörü yüksek dayanıklılık gösterir, ön koşullandırma gerektirmez ve bir bezle zahmetsizce temizlenebilir. Sensör bakım gerektirmez. Reaksiyona katılan iyonlar doğrudan ölçüldüğü için herhangi bir indikatöre de gerek yoktur.

Metrohm OMNIS yazılımı kondüktometrik titrasyonun verimliliğini ve doğruluğunu artırmaktadır.

Kullanıcı, düzleştirme, doğrusal aralığı tanımlama, ağırlıklandırma faktörlerini ayarlama ve esnek dönüm nokta değerlendirmesi gibi işlevlerle analiz üzerinde nihai kontrole ve hassasiyete sahip olmaktadır. Bu yetenek, iletkenlik titrasyonlarının güvenilir şekilde gerçekleştirilmesini ve doğru sonuçların elde edilmesini sağlamaktadır. OMNIS yazılımı bu nedenle kondüktometrik titrasyonlar gerçekleştirmek isteyen laboratuvarlar için değerli bir çözümdür.