Serbest Karbondioksit Tayini

Titrasyon Metodu

Prensip Serbest karbondioksit, sodyum karbonat veya sodyum hidroksit ile reaksiyona girerek, sodyum bikarbonat meydana getirir.                 CO2 + H2O + Na2CO3  « 2  NaHCO3 Reaksiyonun son noktası potansiyometrik olarak gösterilebilir. Fenolftalein indikatörünün (pH 8,3) karakteristik renginin meydana gelmesi ile de gösterilebilir.  Engelleyiciler Karbondioksitin normal dengesini anyonlar ve katyonlar bozarlar. Alüminyum, demir ve bakır gibi metallerin tuzları analizde sonuçların daha yüksek bulunmasına neden olurlar. Demir 2 miktarı 1,0 mg / lt değerinin altında bulunmalıdır. Amonyak, aminler, fosfat, borat, silikat, sülfür ve nitrit pozitif hatalara neden olur. Ayrıca mineral asitler, kuvvetli asit tuzları ve zayıf bazlar analizi etkiler ve ortamda bulunmamalıdır. Asidik kirlilikler kapsayan numunelerde karbondioksit tayini için titrasyon metodu uygulanmalıdır. Negatif hatalar, deniz sularında olduğu gibi, yüksek miktarda çözünmüş madde kapsayan çözeltiler veya fazla indikatör ilâve edilmekle meydana gelebilir. Numune 500 ml lik pyrex şişeler içerisinde toplanır. Şişeler ağzına kadar tamamen doldurulur ve içeride hiç hava bırakılmaz. Laboratuarda bu şişeden numune sifon ile 100 ml lik nessler tüpü veya derecelendirilmiş silindir kap içerisine alınır. Numunenin toplanması ve analizi arasında geçen süre içerisinde özellikle yüksek konsantrasyonlarda karbondioksit kapsayan numunelerde, bir miktar karbondioksitin kaybolabileceği düşünülebilir. Diğer taraftan, beklemiş olan bazı numunelerde de karbondioksit artışı olabilir. Bu nedenle arazi analizleri önerilir. Laboratuarda yapılacak analizlerde, numunenin toplandıktan sonra daha kısa bir süre sonra analizinin yapılması ve daha düşük sıcaklıklarda korunması gerekir. Kullanılan Kimyasallar Fenolftalein İndikatör Çözeltisi : a) 0,5 gr fenolftaleinin sodyum tuzu, damıtık suda çözülerek 100 ml ye tamamlanır. Hafif pembe renk görülünceye kadar 0,02 N NaOH damlatılır. b) 0,5 gr fenolftalein 50 mi % 95 lik etil veya izopropil alkolde çözülür. Buna 50 ml damıtık su ilâve edilir. Hafif pembe renk görülünceye kadar 0.02 N NaOH damlatılır. Standart Alkali Çözeltisi: 0,0454 N Na2CO3 veya 0,0227 N NaOH çözeltisi kullanılabilir. Sodyum hidroksitin 1 ekivalenti: sodyum karbonatın 2 ekivalenti : bikarbonatın son noktasında 1 mol karbondioksiti karşılar. Her iki titrasyonda da 1,00 ml = 1,00 mg CO2 dir. Standart Sodyum Karbonat Çözeltisi 0,0454 N: 140 °C de kurutulmuş susuz Na2CO3 dan 2.407 gr tartılır. Karbondioksiti uzaklaştırmak için 15 dakika kaynatılmış ve oda sıcaklığında soğutulmuş damıtık suda çözülür. Balon jojede 1 litreye tamamlanır. Çözelti günlük olarak hazırlanır veya atmosferik karbondioksitken korunmak için pyrex şişede saklanır. Bu çözeltinin 1 mi si 1 mg CO2 ye eşdeğerdir. Standart Sodyum Hidroksit Çözeltisi 0,0227: 0,908 gr sodyum hidroksit tartılır ve karbondioksitsiz suda çözülür, balon jojede 1 litreye tamamlanır veya elde mevcut 1 N NaOH çözeltisinden 22,7 ml alınır. Karbondioksitsiz su ile balon Jojede 1 litreye tamamlanır. Çözelti günlük olarak hazırlanır veya atmosfer karbondioksitinden korunmak için pyrex bir şişede saklanır. Bu çözelti 0.02 N potasyum biftalat, KHC8H4O4veya 0.02 N HCl veya 0,02 N H2SO4 çözeltilerinden birine karşı ayarlanır. (bk.asidite, alkalinite) Tam 0.0227 N NaOH çözeltisinin 1 ml si 1 mg CO2 ye eşdeğerdir. Sodyum Bikarbonat Çözeltisi 0,01 N: 0,1 gr susuz sodyum bikarbonat, 15 dakika kaynatılarak karbondioksiti giderilmiş ve oda sıcaklığına soğutulmuş suda çözülüp bir balon jojede 100 ml ye tamamlanır. Kullanılmadan hemen önce hazırlanır.   Deneyin Yapılışı 1. 100 ml numune balon Joje veya mezüre sifonlanarak konur. Numunenin sifonlanarak kaba doldurulmasında lastik boru kullanılır. Lastik borunun ucu kabın dibine indirilir. Numune kabı doldurulduktan sonra biraz taşması beklenir. Daha sonra 100 ml üzerindeki fazlalık sallamak süratiyle dökülür. 2. Karşılaştırma çözeltisi olarak alınan numune hacmi kadar sodyum bikarbonat çözeltisi hazırlanır. 3. Numune ve karşılaştırma çözeltisine 5 damla fenolftalein indikatörü konur. 4. Renk pembe olursa, serbest karbondioksit yok demektir. 5. Numune renksiz olursa serbest CO2mevcuttur. Standart Na2CO3 çözeltisi ile mümkün olan en kısa sürede yavaşça karıştırarak ve 30 sn sabit pembe renk kalacak şekilde titre edilir. (Son noktası karşılaştırma çözeltisine göre belirlenir) Bu titrasyon tekniği ile, yüksek miktarda serbest karbondioksit kapsayan numunedeki bir kısım CO2 uçarak kaybolabilir. Bu durumda, birinci titrasyonda kullanılan standart alkali çözeltisi kadar, ikinci bir numuneye konur. Ve buna 5 - 6 damla indikatör ilave edildiğinde numune renksiz kalırsa, buna kafi derecede alkali titrasyon çözeltisi ilave edilerek son noktasına erişilir. Buradan alınan ikinci netice daha güvenilir olacaktır. Hesaplamalar Hesaplama Formüllerinin Açıklanması Na2CO3 + 2 H2CO3  ®  2 NaHCO3 + CO2 + H2O Denklemden1000 ml 1 N Na2CO3                22 gr                          CO2 e  eşdeğerdir. 1000 ml N        "                     N x 22 gr                       "                 " 1 ml      N        "                    N x 22 mgr                     "                 " A ml      N         "                   A x 22 N mgr                  "                 " B ml numunede                     A x N x 22 mg CO2 varsa 1000 ml numunede                         X -------------------------------------------------------------------                           1000 x A x N x 22                        X = -------------------------- mg / lt CO2 eder                                        B 1000 ml 1 N Na2CO3 çözeltisi 106 / 2 = 53 gr Na2CO3         içerir. 1000 ml 0,0454 N NA2CO3 çözeltisi 53 x 0,0454 = 2,4 gr        "    O halde , 1 ml 0,0454 N Na2CO3 çözeltisi 2,4 mg Na2CO3 a eşdeğerdir. Formülden , 106 gr Na2CO3     44 gr CO2 e eşdeğerdir 2,4 gr   "                                X ---------------------------------------------------------- X = 2,4 x 4,4 / 106 = 0,996 mg CO2Bu da yaklaşık 1 mg CO2 e tekabül eder. 1 ml 0,0454 N Na2CO3 çözeltisi 1 mg karbondioksite eşittir. 1 ml Na2CO3 çözeltisi   1 mg CO2 ise A ml         "          "         X -------------------------------------------------------             A x 1    X = ------------ mg CO2 eder.                1 B ml numunede     A mg CO2  1000 ml   "              X -----------------------------------------               1000 x A     X = ------------------ mg / lt CO2 vardır.                   B Deney NaOH İle Yapılıyorsa : NaOH + 2 H2CO3     ®   NaHCO3 + CO2 + 2 H2O 1000 ml       1 Normal NaOH                           4 gr    CO2 eşdeğerdir 1000 ml       1 Normal NaOH                           N x 44 gr    "             " 1 ml           1 Normal NaOH                           N x 44 mg  "             " A ml           1 Normal NaOH                           A x N x 44 mg "             " B ml numunede       A x N x 44 mg CO2 varsa 1000 ml    "                X --------------------------------------------------------------              A x N x 44000    X = ------------------------- mg / lt CO2 vardır.                 B Hesap Yoluyla Toplam Karbondioksitin Tayini ve Hesabı Karbondioksit suda serbest ve bikarbonat şeklinde bağlı olarak bulunur. Sudaki toplam karbondioksit konsantrasyonu şu şekilde hesaplanabilir: mg / lt Toplam CO2 = mg / lt Serbest CO2 + 0,88 (A+B) A: mg / lt bikarbonat alkalinitesi 1 mg CaCO3 = 0,88 mg CO2 B: 1/2 mg / lt karbonat alkalinitesi 1 mg CaCO3 = 1 ml 0,02 N NaOH Mermer Metodu Prensip Karbonat miktarı, başlangıçta saptanır. Numunedeki serbest CO2 ve mermer arasında, CaCO3 + CO2 + H2O  « Ca(HCO3)2 reaksiyonu meydana gelir. Bu reaksiyona göre, numunedeki bikarbonat miktarı artacaktır. Reaksiyon sonunda çözeltideki bikarbonat iyon miktarı tekrar saptanır. Her iki sonuç arasındaki fark, bize numunede reaksiyon giren serbest karbondioksit miktarını verecektir. Bu metot pH <7 veya buharlaştırma kalıntısı <800 mg / lt ise uygulanır. Deneyin Yapılışı 1. 300-500 ml kapasiteli iki şişe alınır. Sifon yapılarak numune su ile taşırarak doldurulur 2. Şişenin birisi ,hava kalmayacak şekilde ağzı hemen kapatılır. 3. İkinci şişeye 3 - 4 gr mermer tozu veya daha iyisi CaCO3 (toz halinde) ilâve edilir. 4. Şişenin ağzı hava kalmayacak şekilde hemen kapatılır. 5. İyice çalkalanır. Bu işleme birkaç gün devam edilir. 6. Üstteki berrak çözeltiden sifon ile 50 veya 100 ml çekilir. 7. 0,01 N standart asit çözeltisi ile titre edilir. Hesaplamalar Serbest karbondioksit mg  /  lt = ( A2 - A1 ) x 2,2 A1: Numunedeki bikarbonat miktarının tayini için harcanan standart asit çözeltisinin ml si A2: Mermer deneyi sonucunda, numunedeki bikarbonat miktarının tayini için harcanan asit çözeltisinin ml si Basınç Altında Suda Bulunan CO2 Tayini  Basınç altındaki suda karbondioksit enjektesi (madensuları, meşrubat sanayii vs.) tamamen suyun sıcaklığı ile ilgilidir. Su ne kadar soğuksa karbondioksit miktarı da o miktarda enjekte edile bilir, suyun ısısının artması halinde daha yüksek basınç altında karbondioksit enjekte edilebilir. Şöyle ki 10 °C de 0,1 bar basınç altında 1,8 gr / lt CO2, 50 °C yine 0,1 bar basınç, altında bu miktar 1,3 gr / lt CO2 e düşmektedir.  Karbondioksit tayini için aşağıda resmi verilen geliştirilmiş özel bir alete şişe yerleştirilir, Sonra kol indirilerek şişe kapağından delinir, önce kapakla su arasında bulunan hava dışarı atılır. Barometrenin gösterdiği basınç sıfır (0) dır. Havayı dışarı atan düğme kapatılır, şişe çalkalanarak içindeki basınç ölçülür ve aşağıda verilen monogramdan suyun sıcaklığı da ölçülerek CO2 miktarı tespit edilir. Kaynak: www.kimyaevi.org