GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Doç. Dr. Ali GÜNDOĞDU Yrd. Doç. Dr. Cemalettin BALTACI Yrd. Doç. Dr. Osman ÜÇÜNCÜ GÜMÜŞHANE 2014

2 GENEL KİMYA LABORATUVARI 2 DENEY LİSTESİ 1. DENEY : ÇÖZELTİ HAZIRLAMA VE AYARLAMA 0,1 N HCl çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması 0,1 N NaOH çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması 0,1 N KMnO4 çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması 0,01 M EDTA çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması 2. DENEY : GIDALARDA TİTRE EDİLEBİLİR ASİTLİK TAYİNİ 3. DENEY : EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ 4. DENEY : KMnO4 İLE TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ 5. DENEY : DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) METODU İLE MOL KÜTLESİNİN BELİRLENMESİ 6. DENEY : SIVI GIDALARDA ÖZGÜL AĞIRLIK TAYİNİ 7. DENEY : GIDALARDA NİŞASTA ARANMASI 8. DENEY : ERİME NOKTASI TAYİNİ 9. DENEY : 10. DENEY : 2

3 ÇÖZELTİ HAZIRLAMA VE AYARLAMA ÇÖZELTİLER İki veya daha fazla bileşenin birbirleri içerisinde dağılarak oluşturdukları homojen karışıma çözelti denir. Çözeltilerin bileşimleri homojenlikleri kaybolmaksızın sınırlı olarak değiştirilebilir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden genellikle miktarca fazla olana çözücü, diğerlerine çözünen adı verilir. Çözücü ve çözünenin katı, sıvı veya gaz oluşana göre çözelti tipleri Tablo 1 de görülmektedir. Tablo 1. Çözücü ve çözünenin sıvı, katı ve gaz oluşuna göre çözelti türleri Çözelti adı Çözücü Çözünen Örnek Çözücü Çözünen Sıvı Katı Su Tuz (NaCl) Sıvı çözelti Sıvı Sıvı Su Etil alkol Sıvı Gaz Su CO2 (Meşrubatlar) Katı Katı Bakır Gümüş (Alaşımlar) Katı çözelti Katı Sıvı Çinko Civa (Amalgamlar) Katı Gaz Palladyum Hidrojen Gaz Katı Hava Duman (Toz) Gaz çözelti Gaz Sıvı Hava Sis (Su zerrecikleri) Gaz Gaz Azot Oksijen (Hava) Çözeltiler oluşturdukları homojen fazlara göre sıvı, katı ve gaz çözeltiler olarak adlandırılırlar. Gaz çözeltiler yerine gaz karışımları terimini kullanmak daha uygundur. Çözünme olayı, çözücü ve çözünenin homojen olarak karışması ile gerçekleşir. Bir madde diğeri içinde çözündüğünde, çözünenin tanecikleri çözücü içerisinde homojen olarak dağıtılır ve çözünen tanecikleri, çözücü molekülleri arasında yer alır. Çözünme olayı aşağıdaki adımların gerçekleşmesiyle olur: Çözünen taneciklerinin birbirinden uzaklaşması (enerji gerekir) Çözücü taneciklerinin çözüneni yerleştirmek üzere aralarında boşluk açmak için birbirlerinden ayrılması (enerji gerekir) Çözücü taneciklerinin çözünen taneciklerini çekmesi (enerji verir) 3

4 Şekil 1. Tam karışan ve tam karışmayan sıvılar Şekil 2. Bir katı maddenin suda çözünmesi Çözünürlük: Herhangi bir sıcaklıkta belirli miktar çözücüde çözünebilen madde miktarına, o maddenin o koşullardaki "çözünürlüğü" adı verilir. Örneğin, oda sıcaklığında 20 g glukoz 100 ml suda karıştırılırsa, glukozun tamamı çözünür. Ancak 300 g glukoz aynı şekilde 100 ml suya eklenirse bir miktarı çözünmeden kalacaktır. Bu koşullarda çözücü bu maddeyi daha fazla çözemeyeceğinden bu çözeltiye "doymuş çözelti" denir. Doymuş çözeltilerde; Çözünensaf Çözünençözünmüş dinamik dengesi vardır. Çözünürlüklerine göre çözeltiler; doymuş çözelti, doymamış çözelti ve aşırı doymuş çözelti olmak üzere üç kısımda incelenir. Derişimlerine göre ise çözeltiler; seyreltik çözelti ve derişik çözelti olarak adlandırılırlar. Doymuş bir çözelti için verilen çözünürlük değerinden daha az miktarda madde bulunduran çözeltiler ise doymamış çözelti olarak adlandırılır. Örneğin 20 C'da 100 g suda 36 g'dan daha az NaCl çözünmesi ile hazırlanan çözelti, doymamış çözeltidir ve NaCl'ün hepsi çözünür. Diğer yandan, belli bir sıcaklıkta doymuş bir çözelti hazırlanıp, ardından sıcaklık çözünürlüğün daha az olduğu bir değere getirildiğinde (genellikle sıcaklık düşürülür)genellikle çözünenin fazlası çöker. Bu tür çözeltiler de aşırı doymuş çözeltiler olarak adlandırılır. Diğer bir deyişle, eğer bir çözücü verilen koşullarda çözebileceği miktarlardan fazla madde çözmüş ise, bu tür çözeltiler aşırı doymuş çözeltiler olarak tanımlanır. Doymuş çözeltide çözünen madde miktarı, o maddenin o çözücüdeki çözünürlüğü olarak belirtilir. Bir maddenin çözünürlüğü genellikle belirli bir sıcaklıkta 100 g veya 100 ml çözücüde çözünebilen maddenin gram cinsinden ağırlığı olarak verilir. NaCl(k) Çözünen Na + (sulu) + Cl (sulu) Çözünmüş iyonlar Örneğin sodyum klorür (NaCl)'ün sudaki çözünürlüğü 20 C da 36 g/100 ml'dir. Bu ifadeden NaCl'ün verilen şartlarda100 ml suda 36 g'dan daha fazla çözünmeyeceği anlaşılır. 4

5 Doygun hale gelmiş bu çözeltiye daha fazla NaCl ilave edildiğinde, ilave edilen NaCl çözeltide çözünmeden katı halde kalacaktır (Şekil 3). Şekil 3. Doygun ve doygun olmayan çözeltiler Derişim (ya da konsantrasyon): Belirli miktarda çözelti yada çözücüde çözünen madde miktarını gösteren bir ölçüdür. Derişimler çeşitli birimler ile ifade edilir. Bunlardan molarite (M), normalite (N), molalite (m), mol kesri (x), kütle yüzdesi (% a/a) ve hacim yüzdesi (% h/h) yaygın olarak kullanılan derişim birimleridir. Yüzde Konsantrasyon Yüzde kelimesi değişik anlamlarda kullanıldığından ağırlık, hacim veya ağırlık-hacim gibi terimlerle açıkça ifade edilmesi gerekir. Aşağıda en çok kullanılan yüzde çözelti türlerinin tanımı verilmiştir. Kütlece Yüzde (a/a) 100 g çözeltide çözünmüş maddenin gram olarak miktarıdır. Ku tlece yu zde (a/a) = Ço zu nenin ku tlesi (g) Ço zu nenin ku tlesi (g) + Ço zu cu nu nku tlesi (g) 100 Örneğin, % 37`lik HCl çözeltisinin 100 gramında 37 gram HCl vardır. % 10`luk NaOH çözeltisi hazırlamak için 10 g NaOH, =90 ml su alınarak içerisinde 10 g NaOH çözülerek % 10`luk çözelti hazırlanmış olur. Hacimce Yüzde (v/v) 100 ml çözeltide çözünmüş maddenin mililitre olarak miktarıdır. Hacimce yu zde (v/v) = Ço zu nenin hacmi (ml) Ço zeltinin hacmi (ml) 100 5

6 Hacim yüzdesi, genellikle sıvıların karıştırılmasında kullanılır. Tam 10 ml hacminde bir sıvıyı bir çözücüde çözerek hacminin tam 100 ml`ye tamamlanmasıyla % 10`luk bir çözelti elde edilir. Kütle-Hacim Yüzdesi (a/v) 100mL çözeltide çözünmüş bulunan maddenin gram olarak miktarıdır. Ku tlece hacim yu zdesi (a/v) = Ço zu nenin ku tlesi (g) Ço zeltinin hacmi (ml) 100 Molarite (M): 1 litrede çözünmüş maddenin mol miktarıdır; M = n(mol) V(L) n V : Çözünenin mol sayısı : Çözeltinin hacmi (L) Normalite (N): Litrede çözünmüş maddenin eşdeğer gram sayısıdır; N = n(mol)/t V(L) = M/t n V t : Çözünenin mol sayısı : Çözeltinin hacmi (L) : Tesir değerliği Molalite (m):1000g çözücüde çözünmüş maddenin mol miktarıdır; m = n(mol) M ç (kg) n Mç : Çözünenin mol sayısı : Çözücünün kütlesi (kg) Mol kesri(x): Çözeltideki bileşenlerden birinin (çözücü ya da çözünenler) mol sayısının toplam bileşenlerin mol sayısına oranıdır. x A = n A n T xa na nt : Çözeltide çözünen A türünün mol kesri : Çözeltide çözünen A türünün mol sayısı : Çözeltide mevcut tüm türlerin toplam mol sayısı 6

7 ppt, ppm ve ppb: Çok seyreltik çözelti konsantrasyonlarını belirtmede kullanılırlar. Bu tür çözeltilerde çözünen bileşenler, molar ya da yüzde konsantrasyonla anlamlı bir şekilde ifade edilemediğinde ppt, ppm ve ppb terimleriyle ifade edilirler. ppt; binde kısım (partperthousand), ppm; milyonda kısım (partpermillion) ve ppb de; milyarda kısım (partperbillion) olarak tanımlanır. Katı madde içerisinde; ppt = Aranan madde(g) Toplam madde (g) 103 veya ppt = Aranan madde (g) Toplam madde(kg) ppm = Aranan madde(g) Toplam madde (g) 106 veya ppm = Aranan madde (mg) Toplam madde(kg) ppb = Aranan madde(g) Toplam madde (g) 109 veya ppb = Aranan madde (μg) Toplam madde(kg) Sıvı çözeltide; ppt = Ço zu nen (g) Ço zelti(l) ppm = Ço zu nen (mg) Ço zelti(l) ppb = Ço zu nen (μg) Ço zelti(l) DENEYSEL KISIM 0.1 N HCl Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması: HClprimer standart bir madde olmadığı için önce yaklaşık 0.1 M çözeltisi hazırlanır ve daha sonra primer standart bir maddeye karşı ayarlanır. Yaklaşık 0.1 M HCl çözeltisi hazırlayabilmek için derişik HCl den 10 ml alınarak balon jojede litreye tamamlanır. Derişik HCl inmolaritesi yaklaşık 10 dur. HCl in ayarlanmasında kullanılan primer standart madde Na2CO3 tır. Saf Na2CO3 higroskopik olduğundan kullanılmadan önce kapalı bir krozede yarım saat kadar C ye ayarlı bir etüvde tutulur. Şayet kimyaca saf Na2CO3 bulunmazsa bunu saf NaHCO3 kullanarak hazırlamak mümkündür. Bunun için 5 g civarında NaHCO3 bir krozeye alınarak saat C de etüvde tutularak Na2CO3 a dönüştürülür. 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O Gerek saf Na2CO3 gerekse NaHCO3 tan elde edilen Na2CO3 ısıtma işleminden sonra desikatör içinde saklanır ve tartılırlar. Bu şekilde hazırlanmış Na2CO3 tan g lık numuneler 0.1 mg hassasiyette tartılarak 250 mllikerlenlere alınır ve 100 ml saf suda çözülür. Bu çözeltiye birkaç damla metil oranj indikatörü veya karışık indikatör (metil kırmızısı ve metilen mavisi karışımı) damlatılarak 0.1 M HCl ile titre edilir. Titrasyon esnasında erlen sağ elle tutularak çalkalanırken, büretin musluğu sol elle açılır ve damlalar halinde asit çözeltisi ilave edilir. Çözelti renginin soluk portakal rengi olmasıyla bürettekititrant daha da yavaş damlatılır. Son damlada görülen portakal kırmızı renk (karışık indikatörde ise yeşil olması) 7

8 titrasyonunsona erdiğini gösterir. Bu noktada büretteki asit çözeltisinin seviyesi dikkatle okunur ve kaydedilir. Tayin 2 ya da 3 kez tekrarlanır. Titrasyonda; Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O reaksiyonu cereyan eder. Bu denkleme göre 2 mol asit bir molbazla reaksiyona girer. Na2CO3 ın molekül kütlesi gmol 1 dür. Na2CO3 ın tartılan kütlesinin g olduğunu ve bu miktarı titrasyonda tamamen nötralleştirmek için ml asit çözeltisi sarfedilmişse, asitin gerçek molaritesini şu şekilde bulabiliriz: ( g / ml) x 1000 = g L g L 1 / gmol 1 = mol L 1 Na2CO3 Reaksiyon denkleminde 1 mol Na2CO3 a karşılık 2 molhcl reaksiyona girmiştir. Buna göre; mol L 1 x 2 = mol L 1 yani M dırhcl nin gerçek molaritesi 0.1 MNaOH çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması: NaOH ve KOH gibi çok higroskopik bazlar havada bırakıldıklarında nem ve CO2absorbe ederler. Bu nedenle hidroksit parçacıklarının yüzeyi sodyum karbonatla kaplanır. Bu nedenle NaOH çözeltilerinin karbonatsız olması gerekir. Karbonatsız sodyum hidroksit çözeltileri bazı yöntemler uygulanarak hazırlanabilir. Yaklaşık 1 g NaOH 250 mllik bir balonjojede bir miktar saf su ile çözülür ve saf su ile 250 ml ye tamamlanır. Böylece yaklaşık 0.1 MNaOH çözeltisi hazırlanmış olur. Ayarlanması için ya primer standart bir maddeye veya ayarlı bir asit çözeltisine karşı titre edilir ve gerçek molaritesi bulunur. Genellikle ayarlı HCl çözeltisi bu maksatla kullanılır. İndikatör olarak da metil oranj ya da karışık indikatör kullanılabilir. NaOH çözeltisinin rengi değişinceye kadar ayarlı HCl ile titre edilir. Titrasyon sonunda; M baz V baz = M asit V asit Mbaz bağıntısındanmolarite bulunur. Verilen numunelerde HCl ve NaOH tayini HCl tayini için ayarlı NaOH, NaOH tayini içinde ayarlı HCl çözeltisinden yararlanılır. Uygun indikatörler kullanılarak titrasyon sonucu tayin edilir ve M 1 V 1 = M 2 V 2 bağıntısından da gerçek molarite bulunur. NaOH çözeltisi ayrıca primer standart madde sınıfına giren potasyum hidrojen ftalat la da doğrudan ayarlanabilir. Asit-baz titrasyonlarından faydalanarak yapılan tayinlere nötralimetri demiştik. Ayarlı bir baz çözeltisiyle asit miktarı tayinine asidimetri, ayarlı bir asit çözeltisiyle baz tayinine alkalimetri denir. 8

9 0.02 M (veya 0,1 N) Permanganat çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması: Potasyum permanganatın mol kütlesi dir. Yaklaşık 0.02 M 1L çözeltisini hazırlamak için; 0.02 x = g KMNO4 gereklidir. Ancak daha sonra primer bir standarda karşı ayarlanacağı için yaklaşık 3.2 g kadar permanganat tartılır, az suda çözülür ve 1L ye tamamlandıktan sonra kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır. Kaynatılmadan bu sıcaklıkta yaklaşık yarım saat bekletildikten sonra üzeri saat camı ile kapatılır ve bir gece bekletilir. Ertesi gün cam pamuğundan süzülerek teşekkül eden MnO2 ve diğer katı parçacıklar uzaklaştırılır. Çözelti renkli ve kapalı bir şişede saklanır. Yaklaşık 0.02 M olarak hazırlanan permanaganat çözeltisini ayarlamak için primer standart madde olarak Na2C2O4, As2O3, KI, Ag, demir tel, H2C2O4.2H2O, K4[Fe(CN)6].3H2O kullanılabilir. Burada sodyum okzalat (Na2C2O4) ile ayarlanması anlatılacaktır. Sodyum okzalat higroskopik (nem çekici) değildir ve kristal suyu da içermez. Saklanması sırasında herhangi bir bozunma da olmaz. Bu nedenle kıymetli bir üniversal primer standart maddedir. Yaklaşık molaritede hazırlanan permanganatı ayarlama için her ihtimale karşı 105 o C de etüvde saat kadar kurutulmuş sodyum okzalattan hassas olarak g civarında üç ayrı tartım alınarak ayrı ayrı erlenlere konur. Tartımlar yaklaşık 50 ml saf suyla çözülür ve 10 ml 3 M H2SO4 ilave edilir. Su banyosunda 60 C de iyice karıştırılarak Na2C2O4 ın tamamen çözünmesi sağlanır. Okzalatlı çözeltiye katalizör olarak küçük bir parça MnSO4 kristali atılır. Daha sonra KMnO4 çözeltisi bürete dikkatlice aktarılır, ml seviyesi kaydedildikten sonra titrasyona başlanır. Başlangıçta ilk damlaların rengi yavaş kaybolurken titrasyon sonuna doğru rengin kaybolması yavaşlar. Bundan sonra titrasyona daha dikkatle devam edilir. Son damlanın rengi kaybolmadan bir sonraki damla ilave edilmez. Şayet 30 saniye içerisinde renk kaybolmuyorsa titrasyon tamamlanmış demektir. Büretten son sarfiyat okunur ve başlangıçtaki ml seviyesinden çıkartılarak titrasyonda harcanan net hacim bulunur. Uzun süre bekleme ile erlendeki permanganat rengi kaybolur. Bunun çeşitli nedenleri vardır. Önemli olan mor rengin yaklaşık 30 saniye süreyle sabit kalmasıdır. Titrasyon esnasında meydana gelen reaksiyon aşağıdaki gibidir: 2MnO4 + 5C2O H + 2Mn CO2 + 8H2O Dönüm noktası yanlışlıkla geçilirse, permanganatın fazlası ayarlı demir(ii) çözeltisi ile geri tire edilerek doğru sonuca varılabilir. Yukarıdaki reaksiyon denkleminden yararlanarak permanganatın gerçek molaritesi bulunabilir. Örneğin tartılan okzalatın g olduğunu ve titrasyon sonunda permanganat sarfiyatının 21.0 ml olduğunu farzedelim. Buradan; Na2C2O4 = gmol x 1000 = mg okzalat mg / gmol 1 = mmolokzalat Reaksiyona bakıldığında, 2 molmanganata karşı 5 molokzalat reaksiyona girmiştir. Dolayısıyla permanganatın mmol ü, mmol x (2/5) = mmol dür. Buradan da, Permanganatın gerçek molaritesi; M = mmol / 21.0mL = molar olarak bulunmuş olur. Permanganatın asidik artamdaki tesir değerliği 5 olduğundan normalitesi de 0,0205 x 5 = 0,1025 olarak hesaplanmış olur. 9

10 0,01 M EDTA Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması: Ayarlı ETDA çözeltisini hazırlamak için suda çok çözünen tuzu olan Na2H2Y.2H2O Primer standart madde olarak kullanılır. Bunun için madde etüvde 80 C de 2 saat süre ile kurutulur ve desikatörde soğuması için bekletilir. Bu maddeden duyarlı olarak 3,7224 g tartılıp 1 L lik balon jojeye konur. Önce az miktarda damıtık suda çözülür, daha sonra litreye tamamlanır. Eğer tam olarak 3,7224 g tartmak mümkün olmazsa bu değere yakın ağırlıkta tartım alınır. Bunun, tuzun molekül ağırlığı olan 372,242 ye bölünmesi ile çözeltinin molaritesi veya 186,121 e bölünmesi ile normalitesi bulunur. Hazırlanan EDTA çözeltisinin ayarından kuşku duyulduğunda bunu birincil standart bir maddeye karşı ayarlanması gerekir. Birincil standart madde olarak 110 C de kurutulmuş saf kalsiyum karbonat kullanılır. Kalsiyum karbonat, kalsiyum klorür çözeltisine dönüştürülerek kullanılır. Bunun için 1 gram dolayında duyarlı olarak CaCO3 tartılır, 250 ml lik bir beher alınır. Buna 10 ml saf su ve 5 ml 6 M HCl eklenip beherin ağzı hemen kapatılır. Tamamen çözünme sağlandıktan sonra çözelti litrelik bir balon jojeye aktarılır. Beher saf su ile yıkandıktan sonra litreye tamamlanır. Bu çözeltinin normalitesi, tartılan (g) 1000 N CaCO3 = = V (ml) CaCO 3 2 tartılan (g) ,04 V (ml) formu lu nden hesaplanır. Bu çözeltiden 25 ml lik örnekler alınır. Bunlara 0,5 ml 6 N NH3, 1 ml tampon çözeltisi ve 25 mg dolayında toz indikatör (veya 5 6 damla indikatör çözeltisi) eklenir. EDTA ile gök mavisi oluncaya kadar titre edilir. EDTA nınnormalitesi hesaplanır. N EDTA = N CaCO 3 V CaCO3 V EDTA Tampon Çözeltisinin Hazırlanması: Titrasyon ortamında ph ın yaklaşık 10 dolayında olması gerekir. Bunun için bazik tampon çözeltisi kullanılır. Tampon çözeltisi hazırlamak için; 100 ml lik balon joje alınır. İçersine bir miktar saf su konur. İçersine, 6,75 g NH4Cl tartılarak konur. 58 ml derişik amonyak ilave edilir. Seviye çizisine kadar saf su ile doldurulur. 10

11 GIDALARDA TİTRE EDİLEBİLİR ASİTLİK TAYİNİ Gıdalarda, özellikle meyve ve sebzelerde titre edilebilir asitlik tayini iki yolla yapılabilir; Potansiyometrik referans yöntem, Renkli indikatörün kullanıldığı rutin yöntem. Renkli ürünlerden bazılarıyla çalışılması durumunda, ikinci yönteme göre titrasyonun dönüm noktasını tayin etmek zor olabilir. Bu nedenle böyle durumlarda ilk yöntemin kullanımı tercih edilmelidir. Potansiyometrik yöntemde, ayarlı sodyum hidroksit çözeltisi ile numunenin potansiyometrik titrasyonu (bir ph metre ile) yapılır. Renkli indikatörün kullanıldığı rutin yöntemde ise prensip, ortamda indikatör olarak fenolftaleinin varlığında numunenin ayarlı sodyum hidroksit çözeltisiyle titrasyonudur. Ancak deneysel kısma geçmeden önce bir takım teorik bilgilerin ve uygulamaların bilinmesi gerekir. Bu nedenle Volumetri ve Potansiyometri nin iyi bilinmesi gerekir. VOLUMETRİK ANALİZ Konsantrasyonu kesinlikle bilinen bir maddenin (standardın) çözeltisiyle, konsantrasyonu bilinmeyen ve fakat hacmi bilinen bir maddenin çözeltisini kantitatif olarak reaksiyona sokup bilinmeyenin konsantrasyonunu hesaplama işlemine titrimetrik analiz ya da titrimetri denir. Bu analizde kantitatiflik, eşdeğerlik veya ekivalens noktasında titre edicinin mol sayısıyla titre edenin mol sayısı arasında C1V1 = C2V2 şeklinde bir bağıntı vardır. Bu bağıntıda C1V1 titre edicinin, C2V2 ise titre edilenin (bilinmeyen numunenin) mol sayısıdır. Bu dört değerden C1,V1 ve V2 bilindiğinden, bunlar yardımıyla C2 hesaplanır. Böylece konsantrasyonu bilinmeyen maddenin konsantrasyonu hesaplanır. Maddenin konsantrasyonundan da gerekirse maddenin miktarı veya yüzdesi hesaplanabilir. Titrimetrik analizde konsantrasyonu kesinlikle bilinen çözeltiye, ayarlı veya standart çözelti denir. Ayarlı çözelti titre edici olarak kullanılır. Titre edici olarak kullanılan böyle bir çözeltiye titrant, titre edilen çözeltiye de titrand denir (ya da analit de denebilir). Titrant çözeltisi genellikle bir bürete, titre edilenin (analit) çözeltisi de genellikle bir erlene konur. Titrimetrik analiz üç kısımda incelenir: 1. Volumetrik titrimetri 2. Gravimetrik titrimetri 3. Kulometrik titrimetri Bu titrimetrik analizlerden en çok kullanılanı volumetriktitrimetridir. Volumetrik analizlerde miktarı bulunacak madde ile tamamen reaksiyona giren ve konsantrasyonu kesin olarak bilinen bir çözeltinin hacmi ölçülür. Analitik kimyada konsantrasyonları kesin olarak bilinen çözeltilere ayarlı çözeltiler veya standart çözeltiler adı verilir. Bu çözeltilerin litresindeki madde miktarı bellidir. Standart çözeltiler bir büret yardımıyla miktarı belirlenecek maddenin bulunduğu çözeltiye ilave edildiği için harcanan miktarları hacim olarak ölçülebilir. Zaten volumetri (hacim ölçme) kelimesi de buradan gelmektedir. Standart çözeltilerin kesin konsantrasyonları bilindiğinden harcanan hacim içerisindeki madde miktarını hesaplamakta oldukça kolaydır. 11

12 Büretle ilave edilen ayarlı çözeltiye titrasyon çözeltisi de denir. Titrasyon çözeltisindeki çözünmüş madde ile numune çözeltisindeki aranan madde arasında gözle görünen ani ve belirli bir reaksiyon meydana gelir. Bu reaksiyondan yararlanarak aranılan madde miktarı şu şekilde tayin edilir: Standart çözeltiden, numune çözelti içindeki maddenin tamamını reaksiyona sokacak kadar ilave edilir. Kimyasal reaksiyon denklemlerine uygun olarak reaksiyonun sona ermesi, yani titrasyon sonu genellikle indikatörler vasıtasıyla kesin olarak tayin edilir. Reaksiyonun sona erdiği bu noktaya eşdeğerlik noktası denir. Bu noktada sarfedilen titrasyon çözeltilerindeki madde miktarı tayin edilecek madde miktarına karşılık olur. Yani bunlar birbirine eşdeğerdir. Ancak titrasyonda eşdeğerlik noktası deneysel olarak tayin edilemeyen teorik bir noktadır. Bunun yerine fiziksel değişimin gözlendiği dönüm noktası belirlenebilir. Titrasyon çözeltisinin konsantrasyonu kesin olarak bilindiğine göre buradan aranan madde miktarı bulunur. Titrasyon, ne olduğu bilinen fakat derişimi yahut miktarı bilinmeyen bir maddenin analizini yapmaya yarayan bir yöntemdir. Aletli analizin gelişmesiyle pabucu dama atılsa da analitik kimyadaki belli kavramların oturmasında çok yardımcıdır. Analizini yapacağınız maddeyi bir erlene koyarsınız, bürete ise derişimi bilinen ve analitinizle gayet hızlı tepkimeye girecek titrant denilen maddeyi koyarsınız. Sonra titrantınızı yavaş yavaş ilave edersiniz. Şimdi amaç bunların tam stokiyometrik (bire bir olması şart değil) olarak tepkimeye girdiği noktada, eklemeyi durdurmak ve hacmi ölçmek Bunun için de yapmanız gereken titrantınızla, analitten daha zayıf bir şekilde tepkimeye giren indikatör denen maddeden eklemek. Böylece analitiniz bittiğinde titrantınız indikatöre tepki verecek ve renk değişimi sizi alarma geçirecektir. Son olarak eşdeğerlik noktası tepkenlerin stokiyometrik olarak tepkimeye girdiği teorik noktadır. Dönüm noktası ise sizin büretin musluğunu kapattığınız noktadır. Dönüm noktası eşdeğerliğe ne kadar yakın olursa titrasyon hatası o kadar az olur. İndikatör ilavesinden sonra tepkime sonunu belli eden bir değişimi (renk oluşumu, renk kaybolması, gaz çıkışı, çökelme vb.) gördüğünüz nokta eşdeğerlik noktasından farklıdır ki buna biz dönüm noktası diyoruz. Eklenen indikatör miktarına bağlı olarak, analizcinin tecrübesine bağlı olarak farlılıklar gösterir. Ayarlı çözeltinizi düşük derişimde seçerseniz bu iki noktayı hemen hemen aynı kabul edebiliriz. (aslında farklı tabiki) Şekil 4. Titrasyon düzeneği Asit-Baz Titrasyonları Bilindiği gibi bir asit ile bir baz sulu ortamda karıştırıldığında; H + + OH H2O ya da H3O + + OH 2H2O Hidrojen iyonları hidroksil iyonları ile birleşerek suyu oluştururlar. Bu reaksiyona nötralleşme reaksiyonu denir. Başka bir ifade ile, bir asitle bir bazdan su ve bir tuz meydana 12

13 gelmesi olayına nötralleşme reaksiyonu, buna dayanılarak yapılan tayinlere de nötralimetri denir. Asitlerin hidrojen iyonları bazların hidroksil iyonları ile nötralleşmesi sonucu çözelti ne asidik ne de bazik özellik gösterir. Ancak bu durum kuvvetli bir asitle yine kuvvetli bir bazın reaksiyonu neticesinde meydana gelen nötr tuz için geçerlidir. Zayıf bir asit ile kuvvetli bir bazın, kuvvetli bir asit ile zayıf bir bazın veya zayıf bir asit ile zayıf bir bazın reaksiyonu neticesinde nötr tuz oluşmaz. Yani, iyonlaşma dereceleri birbirine çok yakın asit ve bazların nötralleşmesinde bu duruma uyulur. Ancak iyonlaşma dereceleri farklı asit ve bazların reaksiyonu neticesinde ise asit ve bazın kuvvetine göre çözelti asidik veya bazik özellik gösterir. Asit-baz titrasyonlarında dönüm noktasının görülebilmesi için asit-baz indikatörleri kullanılır. Bu indikatörler dönüm noktasında renk değiştirerek titrasyon bitirilmesi gerektiğine işaret ederler. Volumetirde yaygın bir şekilde kullanılan bazı asit-baz indikatörleri Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Volumeride kullanılan bazı yaygın asit-baz indikatörleri İndikatör adı ph aralığı Asit rengi Baz rengi Çözücüsü Timol Mavisi Kırmızı Sarı % 95 Etanol Metil Oranj Kırmızı Sarı Su Bromkrezol Yeşili Sarı Mavi % 95 Etanol Metil Kırmızısı Kırmızı Sarı % 95 Etanol Bromtimol Mavi Sarı Mavi % 50 Etanol Fenol Kırmızısı Sarı Kırmızı Su Krezol Kırmızısı Sarı Kırmızı Su Timol Mavi Sarı Mavi % 95 Etanol Fenolftalein Renksiz Kırmızı % 50 Etanol Timolftalein Renksiz Mavi % 95 Etanol Alizarin Sarısı Sarı Viyole Su POTANSİYOMETRİK ANALİZ Potansiyometri; akımın çok az geçtiği veya hiç geçmediği sistemlerde, indikatörelektrodun referans elektroda karşı gösterdiği ve derişim değişimine bağlı olarak değişen potansiyelin ölçüldüğü tayin yöntemidir. Maddenin elektrikle etkileştiği, indirgendiği veya yükseltgendiği yere de elektrot denir. Elektrodun potansiyeli içine daldırıldığı çözeltide bulunan iyonların aktivitelerine bağlıdır. Potansiyometrik sistem, bir test hücresi (elektrolitik çözelti), buna bağlantılı olan indikatör elektrot (değişken potansiyel) ve referans elektrot (sabit potansiyel) ile kararlı bir potansiyometreden oluşur. Bunlara potansiyometrik hücre elemanları da denir. Şekil 5 de basit bir potansiyometrik sistem görülmektedir. 13

14 Şekil 5. Basitbirpotansiyometriksistem Analit çözeltisine daldırılan indikatör elektrotta, mevcut iyon veya iyonların derişimine bağlı olan bir potansiyel değişimi meydana gelir. Dolayısıyla potansiyel değişimi ölçülerek iyonların derişimleri tayin edilebilir. Laboratuvarlarda ph ın rutin tayini için genellikle kombine ph cam elektrot kullanılmaktadır. Şekil 6 da indikatör ve referans elektrotları tek bir prob içerisinde olan kombine bir ph elektrot gösterilmektedir. Şekil 6. Gümüş/gümüş klorür referans elektrotlu kombine cam elektrot ph, ürünün asitlik bazlık (alkalinlik) derecesini ifade eden bir ölçü parametresidir. ph ifadesi Power of Hydrogen yani Hidrojenin gücü anlamına gelmektedir. ph Hidrojen iyonları aktivitesidir. Bir çözeltideki hidronyum iyonlarının derişimini gösteren logaritmik ölçümdür. Sulu çözeltilerdeki H + veya OH konsantrasyonlarının logaritmik olarak ifadesidir. ph teriminde p; eksi logaritmanın matematiksel sembolünden ve H ise Hidrojenin kimyasal formülünden türetilmişlerdir. Sulu çözeltilerin H + ve OH konsantrasyonlarını tek bir cetvelle ifade edebilmek için, H + iyonu molar konsantrasyonunun eksi logaritması alınır ve buna ph adı verilir. Eğer H + derişimi OH - derişiminden fazla ise maddemiz asidik; yani ph değeri 7 den düşüktür. Eğer OH - derişimi H + derişiminden fazla ise maddemiz bazik; yani ph değeri 7 den büyüktür. Eğer OH - ve H + iyonlarından eşit miktarlarda mevcut ise, madde 7 ph değerine sahip olmak üzere nötraldir. ph ölçüm skalasındaki çok asidik çözelti 0,1 veya 2 gibi düşük bir ph değerine sahiptir, bu da 14

15 hidrojen iyonlarının büyük miktarda yoğunluğu anlamına gelmektedir. 12, 13 veya 14 ph derecesi çok az miktardaki hidrojen iyonlarına karşılık gelmektedir. Eğer OH ve H + iyonlarından eşit miktarlarda mevcut ise, madde, nötral yani ph derecesi 7'dir. ph teriminde p; eksi logaritmanın matematiksel sembolünden ve H ise hidrojenin kimyasal formülünden türetilmişlerdir. ph tanımı, hidrojen konsantrasyonunun eksi logaritması olarak söylenebilir: ph = log10[h + ]. Tablo 3 de bazı maddelerin ph değerleri görülmektedir. Tablo 3. Bazı maddelerin ph değerleri ph Madde 1 10 M Hidroklorik asit 0 1 M Hidroklorik asit (HCl) 1,5 2,0 Gastrik asit 2,5 Kola 2,9 Sirke 4,5 Bira 5 Kahve 5,5 Çay 6,5 Süt 7 Saf su 7,34 7,45 Kan 5 8 İdrar 7,4 Gözyaşı 8 Deniz suyu 9 10 El sabunu 11,5 Amonyak (NH3) 12,5 Çamaşır suyu 13,5 NaOH 13,9 Kostik soda Güçlü asidik Nötr Güçlü bazik ph Ölçümü Nasıl Yapılır? ph, elektrik sinyali üreten bir araç (elektrot) kullanılarak ph metre cihazı sayesinde bu elektriksel sinyaliniph birimine çeviren potansiyometrik bir ölçümdür. Üretilen ve ölçülen sinyal bir voltajdır. ph ölçümünü yapabilmek için iki gerilime ihtiyaç vardır.ph ölçümü için gerekli olan elektriksel sinyal bu iki gerilim arasındaki fark ile oluşur. Bu iki gerilim şunlardır: İndikatör elektrot, ürün içindeki hidrojen iyon aktivitesinin logaritmasına oransal bir gerilim sağlar. Referans elektrot ideal olarak ürünün aktivitesinden bağımsız sabit ve sürekli bir gerilim sağlar. Referans ve indikatör elektrotu arasındaki bu gerilim farkı ph metre (Şekil 7) tarafından ölçülür ve ph değerine çevrilir. 15

16 Şekil 7. Bir ph metrenin görünüşü DENEYSEL KISIM: Yoğurt, meyve suyu ve marmelat-reçelde titre edilebilir asitlik tayini: Katı ve sıvı numunelerin analize hazırlanması: Yoğurt ve marmelat-reçelden 0,01 g hassasiyette 25 gram civarında, meyve sularından da 25,0 ml örnekler alınır. Alınan örnekler önce 250 ml lik beherlere konur ve üzerlerine yaklaşık 50 ml kadar saf su ilave edilir. Karışımlar su banyosunda 30 dakika kadar karıştırılarak ısıtılır ve homojenize edilir. Daha sonra soğutulur ve beher içerikleri süzgeç kâğıdından süzüldükten sonra süzüntüler 100 ml civarına saf su ile seyreltilir. Potansiyometrik yöntem (referans yöntem): Hem renkli hem de renkli olmayan numunelerin analizi potansiyometrik yöntemle son derece hassas yapılabilir. Potansiyometrik yönteme başlamadan önce kullanılacak ph metre öncelikle kalibre edilmesi gerekir. Bunun için hangi ph aralığında çalışılacaksa ph metre o aralığa kalibre edilir. Volumetrik titrasyonda fenolftalein indikatörünün dönüm noktası ph 8,1 olduğundan potansiyometrik titrasyon da bu ph değerine kadar yapılmalıdır. Dolayısıyla ph metre standart tampon çözeltileriyle ph 4 10 ya da 7 10 aralığına kalibre edilir. Beherdeki yoğurt, meyve suyu veya marmelat-reçel süzüntüleri alınır ve içerisine uygun büyüklükte bir magnet atılır. Karışım magnetik karıştırıcı üzerine konur ve yavaşça karıştırılmaya başlanır. Daha sonra ph metre elektrodu karışıma daldırılır. Bir bürete Deney 1 de hazırlanan ve ayarlanan 0,1 M NaOH çözeltisi konur. ph değeri 7,0±0,2 oluncaya kadar büretten ayarlı sodyum hidroksit çözeltisi beher içeriklerine hızlı bir şekilde ilâve edilir. Daha sonra ph değeri 8,1±0,2 olana kadar yavaş yavaş bir miktar daha NaOH çözeltisi ilâve edilir. Titrasyon işlemine son verilir ve sarfiyat kaydedilir. Renkli indikatörün kullanıldığı yöntem (rutin yöntem): Önce indikatör çözeltisi hazırlanır; 0,1 g fenolftalein % 95(v/v) lik etanolde çözülerek hacmi 100 ml ye tamamlanır. Renksiz numune süzüntülerinden 250 ml likbir erlene alınır ve üzerine 5 damla indikatör çözeltisi ilave edilir. Karışım büretteki 0,1 N ayarlı sodyum hidroksit çözeltisi ile dönüm noktasına kadar titre edilir. Dönüm noktasında renk, renksizden pembeye döner. Dönüm noktasında titrantın fazla ilave edilmemesine dikkat edilir. Titrasyon, 30 s süreyle kalıcı pembe renk elde edilinceye kadar beher içeriği çalkalanarak yapılır. 16

17 Sonuçların hesaplanması: 100 ml ya da 100 g üründe H + iyonunun milimol değeri olarak ifade edilen titre edilebilir asitlik değeri (A) aşağıdaki şekilde hesaplanır ve sonuçlar virgülden sonra bir basamak olacak şekilde verilir: A = C V meg 100 m num (V num ) A : Titre edilebilir asitlik değeri (%) C : Ayarlı sodyum hidroksitin normalitesi V : Titrasyonda harcanan sodyum hidroksit hacmi (ml) meg : Sodyum hidroksitin miliekivalent gramı mnum : g cinsinden numune miktarı Vnum : ml cinsinden numune miktarı Titre edilebilir asitlik, alışılagelmiş şekilde hangisi uygun ise 100 ml üründe veya 100 g üründe gram olarak formülün aside uygun faktör ile (Tablo 4) çarpılmasıyla da gösterilebilir. Tablo 4. Asitlik değeri için uygun asitler için faktörler Asit Faktör Maleik asit 0,067 Okzalik asit 0,045 Sitrik asit monohidrat 0,070 Tartarik asit 0,075 Sülfürik asit 0,049 Asetik asit 0,060 Lâktik asit 0,090 Sitrik asit 0,064 17

18 EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ GİRİŞ Su, günlük yaşamımızda kullandığımız en önemli maddedir. Susuz yaşam da, susuz kimya da olmaz. Sular sınaî bakımından endüstri suları, içme ve kullanma suları ve atık sular olmak üzere üç grupta incelenir. Doğada bulunan su, hiçbir zaman doğrudan kullanılmaya elverişli değildir. Bu nedenle su, kullanılacağı yere ve kullanma amacına göre birtakım ön işlemlerden geçirilir. Dünyada en çok bulunan ve en önemli bileşiklerden biri sudur. Yeryüzünün dörtte üçü sularla kaplıdır. Bu suyun önemli bir kısmı (% 94) deniz ve okyanuslardadır. Kutup ve buzullardaki su, toplam suyun % 4,2 sini, yer altı suları % 1,2 sini; nehir, göl gibi yüzey, tuzlu olmayan su % 0,4 ünü oluşturur. İnsan kütlesinin % ini, diğer canlı ve bitkilerin de büyük kısmını su oluşturur. Dünya üzerindeki su sürekli bir döngü içindedir. Deniz, göl, nehir ve diğer yer üstü suları güneş enerjisinin etkisiyle buharlaşıp atmosfere çıkar. Burada bulutları oluşturur. Soğuk hava tabakasının etkisiyle bu sular yeryüzüne yağmur, kar ve diğer yağış türleri ile dönerler. Kara üzerine düşen yağış sularının bir kısmı yer altı su kaynaklarını tamamlar, diğer bir kısmı nehirlerle akıp deniz ve göllere aktarılır veya tekrar buharlaşarak atmosfere çıkar. Bu devinim sürekli devam eder ve her kaynaktaki su miktarı hemen hemen sabit kalır. Buna su döngüsü denir (Şekil 8). Şekil 8. Su döngüsü Bu döngü sırasında atmosferde yoğunlaşan su yeryüzüne inerken, oksijen, azot, azot oksitleri, karbon monoksit, karbondioksit ve havayı kirleten diğer gazları da beraberinde yeryüzüne taşırlar. Yeryüzüne dönen suyun bir kısmı yeraltına geçer. Yeryüzünde çözebildikleri 18

19 maddeleri de beraberinde taşırlar. Yeraltında da rastladıkları çözebilecekleri maddeleri çözerler. Özellikle CO2 taşıyan sular, yapısında CaCO3 ve MgCO3 bulunduran kayaları da çözerek beraberinde taşır. CaCO3 + CO2 + H2O Ca HCO3 MgCO3 + CO2 + H2O Mg HCO3 Yeraltı suları kaynaklardan yeryüzüne çıktıklarında içersinde çözünmüş olarak birçok kimyasal maddeleri bulundururlar. Ca(HCO3)2 taşıyan yeraltı suları yeryüzüne çıktıklarında çözünmüş olarak bulunan Ca(HCO3)2 in parçalanması ile travertenleri oluşturur. Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O HCO3 lı sular yer altı mağaraların tavanlarından akarken bozunarak mağaraların tabanlarında dikit, tavanlarında ise sarkıtları oluştururlar. Bazen bu sarkıt ve dikitler birleşerek mağara içerisinde sütün meydana getirirler. Yeryüzündeki akarsuların tuz miktarı yer altı sularınkinden daha azdır. Buna karşılık bulanıklık veren maddeler, anorganik ve organik maddeler, çamur miktarı yer altı sularına göre daha fazladır. Çünkü yer altı suları alt tabakalara geçerken süzülürler. Ülkemiz yer altı, yeryüzü, nehirleri ve denizleri ile su kaynakları bakımından çok zengindir. Dünya üzerinde bulunan toplam su miktarı, insan kullanımı için gerekenden çok fazladır. Ancak kullanıma uygun temiz su dediğimiz kısım yeterli miktarda değildir. Su berrak ve saydamdır. İnce tabaka halindeki renksiz, derin su tabakaları ise mavimsi yeşil renktedir. Su normal şartlar altında, 0 o C de donar, 100 o C de kaynar. Suyun +4 o C deki yoğunluğu 1 g/cm 3 tür. Suyun kaynama sıcaklığı, diğer grup VI A grubu elementlerinin hidrojen bileşiklerininkinden (H2S, H2Se, H2Te ) çok daha yüksektir. Bunun nedeni suda hidrojen bağlarının bulunuşudur. Şekil 9. Su molekülleri arasındaki hidrojen bağı Bu özellik suyun yüzey geriliminin yüksek olmasını sağlar. Ayrıca +4 o C nin altındaki ve üstündeki sıcaklıklar suyun genleşmesine ve yoğunluğunun düşmesine neden olur. Su donduğu zaman hidrojen bağlarının uzaydaki üç boyutlu şekillenmesiyle hacmi büyür ve yoğunluğu 19

20 düşer. Sonuç olarak su donduğu zaman buzlanma üstten başlar, alttaki suyu örter ve sıcaklığın daha yüksek kalmasını sağlar. Böylece su içinde yaşayan canlıların yaşamı korunmuş olur. Suyun dielektrik sabiti( 298 K de 78,5) çok yüksektir. Bu nedenle kimyasal maddelerin çoğu su içinde kolayca çözünür. Su çok iyi bir çözücüdür. Suyun görünüşü, rengi, kokusu ve tadına göre özelliği konusunda karar vermek yeterli değildir. Suyun kullanılacağı yere uygun özellikte olup olmadığı sertliğine bakılarak anlaşılır. Sert Su Sabunu köpürtmeyen suya sert su denir. Sert su içerisinde bulunan Ca 2+ ve Mg 2+ iyonları sabun ile tepkimeye girerek suda çözünmeyen kalsiyum ve magnezyum sabunlarını oluşturur. Ca C17H33COONa (C17H33COO)2Ca + 2Na + Mg C17H33COONa (C17H33COO)2Mg + 2Na + Kalsiyum ve magnezyum sabunları suda çözünmediği için köpük oluşmaz. Kalsiyum ve magnezyum iyonları suda bitene kadar sabun köpürmez. Sert suyun içimi hoş değildir. Sert su ile pişirilen yemekler leziz olmaz. Sert su ile yapılan kumaş boyama işleri kaliteli olmaz. Sert sular, sıcak su kazanlarında ve sıcak su borularında taş oluşturur. Suya sertlik veren maddeler, suyun ısıtılması ile uğradıkları değişimlere göre geçici ve kalıcı sertlik olmak üzere iki çeşit sertlik oluşturur. Geçici sertlik Isıtıldığında suyun sertliği kayboluyorsa bu çeşit sertliğe geçici sertlik denir. Isıtıldıkları zaman bozulan kalsiyum ve magnezyum bikarbonatlar geçici sertliğe neden olur. Kalsiyum ve magnezyum bikarbonat ısıtılınca karbonatlara dönüşerek sarı kahve renkli kazan taşlarını oluşturur. Ca(HCO3)2 CaCO3 +CO2 + H2O Mg(HCO3)2 MgCO3 +CO2 + H2O Kalıcı sertlik Isıtıldığında suyun sertliği kaybolmuyorsa bu çeşit sertliğe kalıcı sertlik denir. Isıtıldığında değişikliğe uğramayan tuzlar kalıcı sertliğe neden olur. Bunlar toprak alkali metallerin silikat, nitrat, klorür ve sülfatlarıdır. Su çok fazla buharlaştırılırsa bu maddeler ısıtma boruları ve kazan içerisinde taş yaparlar. Suda hem kalıcı sertlik hem de geçici sertlik bir arada bulunuyorsa buna sertlik bütünü denir. Sertlik bütünü bulunduran su, ısıtıldığında geçici sertliği kaybolurken kalıcı sertliğinde bir değişiklik olmaz. Sertlik Dereceleri Suda sertlik, çeşitli sertlik derece birimleri ile gösterilir. 20

21 Tablo 5. Su sertliğinde kullanılan sertlik birimleri Sertlik birimi Sembolü Tanımı Alman sertlik derecesi od 1 o D = 10 mg CaO / 1 L su Fransız sertlik derecesi of 1 o F = 10 mg CaCO3 / 1 L İngiliz sertlik derecesi oe 1 o E = 10 mg CaCO3 / 0,7 L Partpermillion (USA derecesi) ppm 1 ppm = 1 mg tuz / 1 L su Alman sertlik derecesi ( o D): 1 L suda 10 mg CaO veya buna eş değer sertlik verenmadde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 o Ddir. Fransız sertlik derecesi( o F): 1 L suda 10 mg CaCO3 veya buna eş değer sertlik verenmadde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 o Fdir. İngiliz sertlik derecesi( o E): 0,7 L suda 10 mg CaCO3 veya buna eş değer sertlik verenmadde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 o Edir. Partspermillion (milyonda kısım, ppm): 1 L suda bulunan 1mg tuz miktarına 1ppm denir. Tablo 6. Sertlik birimlerinin birbirine dönüştürülmesi Çarpma Alman ( o D) Fransız ( o F) İngiliz ( o E) Faktörleri od için 1 1,79 1,25 of için 0,56 1 0,70 oe için 0,80 1,43 1 Sertlik derecelerine göre suyun sınıflandırılması Alman ve Fransız sertlik birimlerine göre suların sertlik dereceleri Tablo 6 da sınıflandırılmıştır. Tablo 7. Suların sertlik derecesine göre sınıflandırılması Toplam sertlik Alman ( o D) Fransız ( o F) Sınıflandırma Çok yumuşak su Yumuşak su Orta sert su Sert su Çok sert su Kireç taşı ile temas eden yer altı suları daha serttir. Yeryüzü sularının sertlikleri isemevsimlere göre değişir. Yazın buharlaşma fazla olduğundan sertlik artar. Sıhhi bakımdansuyun sertliğinin insan sağlığına zararlı etkisi bu zamana kadar saptanamamıştır. Örnek: 10 L su içerinde 1,62 g Ca(HCO3)2 ve 0,222 g CaCl2 çözünmüş olarakbulunmaktadır. Bu suyun geçici sertliğini, kalıcı sertliğini, sertlik bütününü o F birimi cinsinden bulunuz (Ca: 40,0; H: 1,0; O: 16,0; Cl: 35,5 g/mol). 21

22 Çözüm: Her bir tuzun 1 L su içersindeki miktarları; Ca(HCO3)2 miktarı =1,62/10 = 0,162 g = 162 mg CaCl2 miktarı =0,222/10= 0,0222g = 22,2 mg Bu tuzların CaCO3 a eş değer miktarlarını bulalım; 1 molca(hco3)2 1 mol CaCO3 a eş değerdir. 162 g Ca(HCO3)2 100 g CaCO3 a eş değerse, 162 mg Ca(HCO3)2 100 mg CaCO3 a eş değerdir. 10 mg CaCO3 1 o F oluşturduğuna göre 100 mg CaCO3 10 o F oluşturur. Bu durumda Ca(HCO3)2 dan ileri gelen sertlik (geçici sertlik) 10 o F dir. 1 mol CaCl2 1mol CaCO3 a eş değerdir. 111 g CaCl2 100 g CaCO3 a eş değerdir. 22,2 mg CaCl2 20 mg CaCO3 a eş değerdir 20 mg CaCO3 dan ileri gelen kalıcı sertlik 2 o F oluşturur. Kalıcı sertlik = 2 o F dir. Sertlik bütünü = = 12 o F dir. Sertlik Giderme Yöntemleri Suyun sertliğini gidermek için; fosfat yöntemi, damıtma yöntemi, zeolit-permutit yöntemi ve kireç soda yöntemi uygulanmaktadır. İçme ve Kullanma Suları İçme ve kullanma için en uygun sular yer altı sularıdır. Çünkü bunlar toprak katmanlarından geçerken süzülerek kısmen temizlenirler. Şehirlerde su gereksinimini karşılamak için yer altı sularının yanında, yeryüzü sularından da (göl, nehir, baraj vb.)yararlanılır. Ham su önce havalandırılarak kısmen kokusu giderilir, gazlar uzaklaştırılır ve yabancı maddeler (demir tuzları ve çamur gibi) ayrılmış olur. Karbondioksitli sularda demir, Fe(HCO3)2 halindedir. Havalandırma sırasında Fe(OH)3 halinde çöker. 4Fe(HCO3)2 + O2+ 2H2O 4Fe(OH)3+ 8CO2 Suyun sertliği çoğunlukla kireç soda yöntemi ile giderilir. Sertlik giderme sırasındakullanılan Al2(SO4)3 (alüminyum sülfat) sudaki diğer safsızlıkların dibe çökmesini sağlar. Aktif kömür ise suyun rengini ve kokusunu giderir. Sertliği giderilen su kum süzgeçlerindensüzüldükten sonra klorlanarak mikroplarından temizlenir. İyi bir içme suyu renksiz, kokusuz, serin ve iyi havalandırılmış olmalı, mikropların varlığını gösteren nitrit, nitrat ve amonyak ile ağır metal tuzlarını içermemeli ve biraz sert olmalıdır. 22

23 EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ EDTA (Etilendiamintetraasetik asit), kompleksleştirmetitrasyonlarında kullanılan enönemli kompleksleştiricilerden biridir. Bununla çoğu metal katyonunun tayini yapılabilir. Şekil 10. (a) EDTA nın yapısı, (b) EDTA nın metal kompleksi, (c) EDTA nın 3 boyutlu yapısı EDTA dört tane hidrojen iyonu verebilen bir organik asittir. EDTA nın formülün H4Yşeklinde de gösterebiliriz. Titrasyonlarda EDTA nın suda çözünür sodyum tuzu olan Na2H2Y.2H2O kullanılır. Bu tuz birincil standart madde (çözeltiyi ayarlamada kullanılançok saf madde) olarak kullanılır. Alkali metaller dışında tüm metal iyonlarıyla 1:1 mol oranında kompleks verir. Kompleks oluşumu, EDTA nın Y 4 anyonu ile metal iyonu arasında oluşur. Kompleks renksizdir ve oluşum ortamın ph ına bağlıdır. M n+ + Y 4 MY (n 4)+ K MY = [MY(n 4)+ ] [M n+ ][Y 4 ] (M: Metal katyonu, n: metalin değerliği) Kompleks oluşum sabiti oldukça küçük olan Ca 2+, Mg 2+ gibi iyonların EDTA ile titrasyonu bazik ortamda yapılırken, kararlı kompleks oluşturan Zn 2+, Ni 2+, Al 3+, Fe 3+ gibi iyonların titrasyonu zayıf bazik veya asidik ortamlarda yapılabilir. Kompleks oluşumununph a bağımlılığı nedeniyle titrasyon ortamının belli ph a tamponlanması gerekir. EDTA titrasyonlarında ortamın ph ı kadar kullanılacak indikatör de çok önemlidir. İndikatör olarak genellikle metal iyon indikatörleri kullanılır. Bu indikatörler metal iyonlarıyla renkli kompleksler yapan organik boyalardır. Eriokromblack T (Erio T) bu türindikatörlerin tipik örneğidir ve çok yaygın olarak kullanılır. Eriokromblack T (Erio T) İndikatörünün Hazırlanması: Eriokromblack T indikatörü katı halde veya çözelti halinde kullanılabilir. Birincisi için 20 gram NaCl tartılır. Havanda iyice toz haline getirilir. Bunun üzerine 0,1g EriokromblackT eklenir ve havanda iyice öğütülerek karıştırılır. Ağzı kapalı bir şişede saklanır. Birtitrasyon için mg yeterlidir.indikatör çözeltisi 0,5 g Eriokromblack T nin 100 ml etil alkolde çözünmesi ilehazırlanabilir. Çözelti 23

24 yaklaşık bir ay kullanılabilir. İçine eklenecek az miktardaki sodyumborat veya benzeri bir koruyucu (%2 lik NH4Cl ve %2 lik NH4OH çözeltisi, trietanolaminv.b) daha uzun sürü saklanabilmesini sağlar. 0,01 M EDTA Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması: EDTA çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması DENEY 1 de ayrıntılı olarak açıklanmıştır (Bakınız sayfa 10). EDTA ile Sertlik Tayininin Uygulanışı: Sertlik tayini yapılacak sudan 50 ml alınır ve 250 ml lik bir erlene konur.eriokromblack T indikatörü katılır.1 ml tampon çözeltisi eklenir (Bakınız sayfa 10). EDTA ile gök mavisi olanakadar titre edilir. Sudaki toplam sertlik (Sertlik bütünü) ppm (mg/l) CaCO3 olarakhesaplanır. Toplam sertlik (ppm CaCO 3 ) = V EDTA N EDTA CaCO Alınan su (ml) Suda sadece kalıcı sertlik tayinini yapılması istenirse, bu durumda sert su bir sürekaynatılır, soğutulur ve süzülür. Bu şekilde hazırlanan sudan 50 ml alınır ve yukarıdabelirtilen işlem aynen uygulanarak suyun kalıcı sertliği bulunur. Sertlik bütününden kalıcısertlik çıkartılarak geçici sertlik de bulunur. Örnek: 50 ml su örneği alınıyor, 0,01 M EDTA ile bazik ortamda eriokromblack T indikatörlüğünde gök mavisi olana kadar titre ediliyor. 10,0 ml EDTA çözeltisi harcandığınagöre suyun o F cinsinden sertliğini bulunuz. Çözüm: VEDTA = 10 ml MEDTA = 0,01 M CaCO3 = (16 3) = 100 g/mol Alınan su = 50 ml Yukarıdaki formülde bilinenler yerine konularak toplam sertlik ppm cinsinden bulunur. Toplam sertlik (ppm CaCO 3 ) = V EDTA M EDTA CaCO Alınan su (ml) Bağıntısından veriler yerine konularak; Toplam sertlik (ppm CaCO 3 ) = 10,0 ml 0,01mol/L 100,0 g/mol ml = 200 mg/l 10 mg CaCO3 bulunduran su 1 o F sertlik oluşturursa200 mg CaCO3 bulunduran su 20 o F sertlik oluşturur. Bu su da orta sertliktedir (Tablo 7). 24

25 Örnek: 15 o F sertlik derecesindeki bir su örneğinden 30 ml alınıyor, bazik ortamda eriokromblack T indikatörlüğünde 0,01 M EDTA çözeltisi ile titre ediliyor. Kaç ml EDTAçözeltisi sarf edilir? Hesaplayınız. Çözüm: Suyun sertliği = 15 o F = 150 ppm VEDTA =? MEDTA = 0,01M CaCO3 = (16 3) = 100 g/mol Alınan su = 30 ml Toplam sertlik (ppm CaCO 3 ) = V EDTA M EDTA CaCO Alınan su (ml) Bağıntısından bilinenler yerine konularak; V EDTA 0,01mol/L 100,0 g/mol ml = 150 mg/l V EDTA =4,5 ml 25

26 PERMANGANAT METODU İLE SULARDA TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ GİRİŞ Organik madde, yapısında C, H, O bulunan ve S, P, N gibi elementleri barındıran düşük erimeve kaynama noktasına sahip yüksek molekül ağırlıklı, suda az çözünen, yanıcı maddelerdir. Gıda Mühendisliği olarak organik bileşiklerin fizikokimyasal ve yapısal özelliklerinin (çözünürlük, hidrofobiklik, polarlık, uçuculuk, yoğunluk, enerji.) ve muhtevasının ne kadar olduğunun bilinmesi, onları anlamaya, geçirdikleri değişimi tahmin etmeye, etkisini belirlemeye ve onları arıtacak veya kontrol altında tutacak işlemleri seçmeye yardımcı olması açısından önemlidir. Ayrıca organik maddeler nitrifikasyon, ötrofikasyon, dip çamuru oluşumu gibi sonuçlar doğurur. Organik veya biyolojik olarak parçalanabilen atıklar su yatağına girer girmez bakterilerin hücumuna uğrarlar. Organik maddelerin ayrışması sırasında, sudaki hayat için çok önemli olan çözünmüş oksijeni kullanırlar. Dolayısıyla ortamdaki çözünmüş oksijen miktarı azalır. Su yatağına giren organik madde konsantrasyonu çok fazla ise mevcut oksijenin tamamı kullanılarak ortam anaerobik durum halini alabilir. Örneğin kükürt bileşiklerinin reaksiyona girmeleri halinde SO4 oluşur. Buda H2SO4 ü oluşturur ve bu olay korozyona sebep olur. Bu durumda sistemin ekolojik dengesi bozulur ve su hayatı olumsuz yönde etkilenir. Bakteriler organik maddeyi stabil oluncaya kadar parçalarlar. Bunun için de oksijeni enerji olarak kullanırlar ve oksijeni tüketirler. Sıcakta organik maddenin parçalanma hızı artar. CO2 + NH3 + Kararlı son ürünler Organik madde + Bakteri + O2 Yeni hücreler Bu durum su ortamında; nitrifikasyon, ötrofikasyon ve dip çamuru gibi olaylara neden olabilmektedir. Organik maddelerin göl ve bu gibi su ortamlarında bulunması istenmeyen bir durumdur. Örneğin bir gölde aşırı miktarda organik madde varsa göldeki bakteriler aşırı beslenerek patlar ve ölürler böylece gölün üzeri ölü bakteri hücreleriyle örtülür. Bakterilerin aşırı beslenerek ölmesi durumuna ötrofikasyon denir. Azotlu bileşiklerin ayrışmasıyla; Organik azot NH4 (amonyum) NO2 (nitrit) NO3(nitrat) olayı gerçekleşir ve buna da nitrifikasyon denir. Fosforlu maddelerin ayrışması sonucu fosfat meydana gelir ve bu bakteriler için besin kaynağıdır. Bakterilerin aşırı beslenmesi sonucunda patlayarak ölümler oluşur ve suyun yüzeyini kaplarlar. Böylece içeriye oksijen ve güneş ışığı giremez. Canlılar fotosentez yapamayacağından ortam anaerobik olur ve dip çamuru oluşur. Organik maddeler daha çok antropojenik faaliyetler (ev atıkları, hayvan atıkları, gıda fabrikaları atıkları, kâğıt fabrikaları atıkları, mezbaha atıkları, et paketleme atıkları, dericilik atıkları gibi) sonucu sulara karışırlar ve karıştıkları sular durgunsa, bunlar suyun dibinde toplanırlar. 26

27 Bir suyun kalitesini belirlemek için üzerinde aşağıdaki gibi çok çeşitli tayinler yapılabilir: Çözünmüş oksijen tayini Renk tayini Biyokimyasal oksijen ihtiyacı Koku tayini Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ph tayini Toplam organik madde tayini Bakteriyolojik tayin Katı madde tayini İletkenlik tayini Azot tayini Sertlik tayini Fosfat tayini Ağır metal tayini Bulanıklık tayini Sulara organik maddeler doğal yollardan veya suni yollardan karışabilirler. Belli bir orana kadar su organizmaları için yararlıdırlar. Balıklar için besin maddesi oluştururlar. Organik madde tayini de yukarıda bahsedilen özelliklerden dolayı yapılması gereken önemli tayinlerden biridir. PERMANGANATLA TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ Toplam organik madde tayini, suda minimum miktarda bulunan ve indirgeyici özelliğe sahip maddelerin tayinidir. Suyun doğal rengi, endüstriyel artıklar ya da kanalizasyondan gelen bazı karbonlu organik kirlilikler ile toplam organik madde arasında bir bağlantı kurulabilir.tekstil sanayisinde kullanılan yıkama suyunda 8 mg/l den fazla toplam organik maddenin fena koku verdiği tespit edilmiştir. İçki ve bira sanayisinde 0,5 5,0 mg/l arasındaki konsantrasyonlarda toplam organik madde içeren sular kullanılmaktadır. Suda organik maddelerin bulunması, suyun kirlenmiş olabileceğini gösterir. Organik maddelerin ölçüsü, asidik ortamda 1 L suyu yükseltgeyebilen mg KMnO4 veya buna eşdeğer olan mg oksijen ile ifade edilir. Suyun içerdiği H2S, S 2, NO2, Fe 2+ ve 300 mg/l den fazla Cl tayini bozar. Gerekli çözeltiler ve hazırlanması: 1. 9,6 N 50 ml H2SO4 çözeltisi: H2SO4 kuvvetli bir asittir ve suya 2 proton verir. Bu nedenle tesir değerliği 2 dir. 9,6 N H2SO4 4,8 M H2SO4 M = n n 4,8 mol/l = V 0,050 L n = 0,24 mol H 2SO 4 m = n MK = 0,24 mol 98,0 g/mol = 23,52 g saf H 2 SO 4 gerekli m = % d V 23,52 = 0,98 1,84 g/ml V V = 13,04 ml derişik asit gereklidir. 50 ml lik bir balon jojeye yaklaşık 25 ml saf su konulur, üzerine de 13,04 ml derişik H2SO4 den ilave edilir. Daha sonra son hacim saf su ile 50,0 ml ye tamamlanarak 9,6 N asit çözeltisi hazırlanmış olur. Dikkat! derişik H2SO4 ün üzerine direkt olarak su ilave edilmez!!! 2. 0,0125 N 250 mlsodyum okzalat çözeltisi: Sodyum okzalat (Na2C2O4) ın tesir değerliği 2 dir. Buna göre; m = N V(mL) meg = 0, , = 0,2094 g 27

28 0,2094 g Na2C2O4 hassas olarak tartılır, bir miktar suda çözülür ve hacmi saf su ile 250,0 ml yetamalanır.sodyum okzalat higroskopik (nem çekici) değildir ve kristal suyu da içermez. Saklanması sırasında herhangi bir bozunma da olmaz. Bu nedenle kıymetli bir primer standart maddedir. Ancak her ihtimale karşı 105 o C de etüvde saat kadar kurutulmuş sodyum okzalattantartım alarak çözelti hazırlamak daha doğrudur. 3. 0,0125 N 250 ml KMnO4 çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması: Potasyum permanganat (KMnO4) ınmol kütlesi dir ve aşağıdaki reaksiyonda görüldüğü gibi kuvvetli asidik ortamda (0.10 M sülfürik asit ve daha derişik) tesir değerliği de 5 dir. Asidik ortamda Mn, 7+ değerlikten 5 e alarak 2+ değerliğe indirgenir. MnO4 + 5e + 8H + Mn H2O KMnO4 ın N 250 ml çözeltisini hazırlamak için; m = N V(mL) meg = 0, , = 0,0988 g 0,0988 g KMNO4 gereklidir. Ancak permanganatın kendisi primer standart bir madde olmadığı için direkt tartımı alınarak hassas çözeltisi hazırlanamaz. KMNO4primer bir standarda karşı ayarlanacağı için yaklaşık 0,1 g kadar permanganat tartılır, az suda çözülür ve 250 ml ye tamamlandıktan sonra kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır. Kaynatılmadan bu sıcaklıkta yaklaşık yarım saat bekletildikten sonra üzeri saat camı ile kapatılır ve bir gece bekletilir. Ertesi gün cam pamuğundan süzülerek teşekkül eden MnO2 ve diğer katı parçacıklar uzaklaştırılır. Çözelti renkli ve kapalı bir şişede saklanır. Yaklaşık N olarak hazırlanan permanaganat çözeltisini ayarlamak için primer standart madde olarak Na2C2O4, As2O3, KI, Ag, demir tel, H2C2O4.2H2O, K4[Fe(CN)6].3H2O kullanılabilir. Burada sodyum okzalat (Na2C2O4) ile ayarlanması anlatılacaktır. Yaklaşık normalitede hazırlanan permanganatı ayarlamak için kurutulmuş sodyum okzalattan hassas olarak g civarında tartım alınarak 250 ml liktitrasyonerlenine konur. Erlen içeriği 50 ml saf suyla çözülür ve üzerine 3 M H2SO4 ten 10 ml ilave edilir. 60 C de su banyosunda iyice karıştırılarak Na2C2O4 ın tamamen çözünmesi sağlanır. Okzalatlı çözeltiye katalizör olarak küçük bir parça MnSO4 kristali atılır. Daha sonra KMnO4 çözeltisi bürete dikkatlice aktarılır ve titrasyona başlanır. Burada dönüm noktasının görünmesi için ilave bir indikatöre gerek yoktur. Çünkü dönüm noktasında renksiz çözelti, permanganattan kaynaklanan mor renge bürünür. Yani okzalatla reaksiyona giren permanganatın kendisi ayrıca indikatör görevi de görür. Başlangıçta ilk damlaların rengi yavaş kaybolurken titrasyon sonuna doğru rengin kaybolması yavaşlar. Bundan sonra titrasyona daha dikkatle devam edilir. Son damlanın rengi kaybolmadan bir sonraki damla ilave edilmez. Şayet 30 saniye içerisinde renk kaybolmuyorsa titrasyon tamamlanmış demektir. Büretten son sarfiyat okunur ve başlangıçtaki ml seviyesinden çıkartılarak titrasyonda harcanan net hacim bulunur. Uzun süre bekleme ile erlendeki permanganat rengi kaybolur. Bunun çeşitli nedenleri vardır. Önemli olan mor rengin yaklaşık 30 saniye süreyle sabit kalmasıdır. Titrasyon esnasında meydana gelen reaksiyon aşağıdaki gibidir: 28

29 2MnO4 + 5C2O H + 2Mn CO2 + 8H2O Dönüm noktası yanlışlıkla geçilirse, permanganatın fazlası ayarlı demir(ii) çözeltisi ile geri tire edilerek doğru sonuca varılabilir. Permanganatın gerçek normalitesi aşağıdaki formülle bulunur: m C2 O N KMnO4 = 4 (g) meg V KMnO4 (ml) Deneyin uygulanması: 250 ml liktitrasyonerlenine 100 ml su numunesi konur. Üzerine 9,6 N H2SO4 ten 10 ml ve 0,0125 N ayarlı KMnO4 çözeltisinden 10,0 ml ilave edilir.30 dakika kaynar su banyosunda bekletilir. Şayet permanganatın rengi kaybolursa daha az örnek alınır veya biraz daha permanganat ilave edilir. Sıcak çözeltiye 10,0 ml 0,0125 N okzalat çözeltisi katılır ve okzalat fazlası pembe renk devamlı görülünceye kadar büretteki ayarlı KMnO4 ile titre edilir. Sarfiyat kaydedilir ve numunedeki toplam organik madde miktarı, aşağıdaki formülle ppm O2 cinsinden hesaplanarak ifade edilir: Organik madde miktarı = [(N KMnO 4 S) (N Na2 C 2 O 4 10,0 ml)] mg/l (ppm) O Numune hacmi (ml) 2 S = 10,0 + titrasyonda harcanan permanganat sarfiyatı (ml) Şayet su numunesi önemli miktarda tayini bozan maddeler içeriyorsa, 100 ml örnek alınır, üzerine 10 ml H2SO4 çözeltisi ve 10,0 ml KMnO4 çözeltisi ilave edilir ve oda sıcaklığında 3 dakika bekletilir. Üzerine 0,5 1 g kadar potasyum iyodür (KI) ilave edilerek karıştırılır. Açığa çıkan iyot ayarlı tiyosülfat çözeltisiyle titre edilir ve organik maddeler haricindeki maddelerin harcadığı KMnO4 miktarı bulunur. Bu değer, toplam permanganat miktarından çıkartılarak organik maddeler için düzeltilmiş permanganat sarfiyatı bulunur. Klorür miktarı çok fazla olan sularda (deniz suyu gibi) organik madde tayini için, 100 ml örneğe 0,5 ml % 33 lük NaOH ve 10,0 ml KMnO4 çözeltisi ilave edilir. 30 dakika su banyosunda bekletilir ve üzerine 5 ml H2SO4 çözeltisi ve 10,0 mlokzalat çözeltisi ilave edilir. Okzalat fazlası KMnO4 ile titre edilir. 29

30 DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) METODU İLE MOL KÜTLESİNİN BELİRLENMESİ GİRİŞ Saf katı bir madde ısıtıldığında, maddenin sıcaklığı artar ve bu artış erime noktasına kadar devam eder. Katı madde erirken ısı katının erimesi için kullanıldığından, sıcaklık sabit kalır. Katının tamamının sıvıya dönüşmesinden sonra sıcaklık tekrar artmaya başlar. Fakat katı ve sıvı halin sıcaklığının artış hızı farklıdır. Çünkü katı ve sıvının ısı kapasiteleri farklıdır. Şekil 11 deki sıcaklık zaman grafiğinden de görüldüğü gibi T1 sıcaklığında sıvı katıya dönüşmeye başlar ve bu dönüşüm boyunca sıcaklık sabit kalır (t1'den t2'ye kadar). Donma süresince parçacıklar sıvı halden katı hale geçerken belirli bir geometrik şekle girer ve maddenin potansiyel enerjisi düşmeye başlar. Bu nedenle donma sırasında katı parçacıkların oluşumu ısı enerjisi oluşturur ve oluşan bu enerji, soğuma ile yok edilen ısı enerjisini karşılar. Sonuçta donma tamamlanıncaya kadar sıcaklık sabit kalır. Bu durum, deneydeki naftalinin donma noktasının belirlenmesinde bize yardımcı olur. Şekil 11. Sıvıdan katıya hal değişimi (Sıcaklık zaman grafiği) Bir maddenin katı ve sıvısının dengede bulunduğu sıcaklığa maddenin erime noktası denir. Örneğin 1 atm basınçta buz 0 C'de erir. Katı erirken düzenli ve belli bir kristal yapıdan düzensizve dağınık sıvı hale dönüşür. Bir mol katıyı eritmek için gerekli olan ısı miktarına molar erime ısısı denir. Erime noktasından sonra verilen ısı, sıvı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisini arttıracak ve sıvının sıcaklığı yükselecektir. Bu durum kaynama noktasına kadar devam eder ve kaynamanoktasında durur. Çünkü kaynama noktasında verilen ısı sıvının sıcaklığını yükseltmek yerinekaynama işlemi için harcanır. Bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklığa kaynama noktası denir. Bu sıcaklıkta sıvı kaynamaya başlar. Kaynayan sıvı buharlaşır ve zamanlabütün sıvı buhar haline dönüşür. Bundan sonra verilen ısı buhar moleküllerinin kinetik enerjisiniartırmakta kullanılır. Bir mol sıvının buharlaşması için gereken ısı miktarına molar buharlaşma ısısı adı verilir. Maddelerin ısıtılırken zamanla sıcaklık değişimini veren eğriye ısınma eğrisi,maddelerin soğutulurken zamanla sıcaklık değişimini veren eğriye de soğuma eğrisi adı verilir. Gazın sıvıya dönüştüğü sıcaklık (yoğunlaşma sıcaklığı) 30

31 ile sıvının gaza dönüştüğü sıcaklık (kaynama noktası) aynıdır. Benzer durumda, sıvının katıya dönüştüğü sıcaklık (donma noktası)ile katının sıvıya dönüştüğü sıcaklık (erime noktası) aynıdır. Bilindiği gibi saf çözücülere kıyasla, bu çözücülerin uçucu olmayan çözeltilerine ilişkin toplam buhar basıncı daha düşük olur. Bu tür çözeltilerdeki buhar basıncı azalması ise, çözeltide kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası alçalmasına neden olur. Çözeltilerin bu tür davranabilme özellikleri "kolligatif özellikler" olarak adlandırılır. Kolligatif özellikler maddenin yapısı ve kimyasal özelliğine bağlı olmayan, sadece molekül yapısına bağlı olan sayısal özelliklerdir. Bunlar; buhar basıncı alçalması, donma noktası alçalması, kaynama noktası yükselmesi ve osmotik basınç olmak üzere dört tanedir. Bu kolligatif özelliklerin nedenlerini daha iyi anlayabilmek için Raoult Yasası nı hatırlayalım: Raoult Yasası na göre; bileşenleri uçucu olmayan homojen bir sıvı karışımdaki (çözeltideki) bileşenlerin her birinin kısmi buhar basıncı (Pi), o bileşenin saf haldeki buhar basıncı (P o i ) ile çözeltideki mol kesri (Xi) çarpımı ile verilir. P i = P i o X i Yasası; Genellikle seyreltik çözeltiler Raoult Yasası na uyarlar ve bileşenleri bir sistem için Raoult P T = P 1 + P 2 P T = P 1 o X 1 + P 2 o X 2 Burada PT; toplam buhar basıncı, P1; çözücünün kısmibuhar basıncı ve P2 çözeltinin kısmi buhar basıncıdır. Benzer şekilde çözünenin uçucu olmadığı bir sistem içinraoult Yasası; P T = P 1 + P 2 ( 0) = P 1 o X 1 Böyle bir sistemde çözeltinin toplam buhar basıncı,yalnızca saf çözücünün kısmi buhar basıncına eşittir. P = P 1 = P 1 o X 1 = P 1 o (1 X 2 ) X 2 = (P 1 o P 1 )/P 1 o = P/P 1 o o ΔP buhar basıncı düşmesi, P/P 1 bağıl buhar basıncı düşmesini göstermektedir. Kısaca; bu bağıntıya göre böylebir sistemde saf çözücünün buhar basıncı çözücününçözeltideki buhar basıncından büyük olmaktadır. Uçucu olmayan çözünen ile hazırlanan bir çözeltinin buharbasıncının saf çözücünün buhar basıcına göre düşük olması; çözeltinin kaynama noktası yükselmesine, donma noktası düşmesine ve osmoz olayına yol açar. İşte çözeltilerin bu özelliklerine, birbirine bağlı anlamına gelen kolligatif özellikler denir. Buhar basıncı alçalmasındanyola çıkarak çözeltinin donma noktasının saf çözücünündonma noktasından daha düşük olacağını çıkarabiliriz. Donma noktası düşmesi; 31

32 Genel olarak bir çözünen madde ilavesi, çözücünün kaynama noktasını yükseltirken donmanoktasını ise düşürür. Verilen bir çözücü için donma noktasının alçalması, çözücü içinde çözünenolarak bulunan taneciklerin derişimi ile doğru orantılıdır. T d = T dn(çözelti) T dn(çözücü) T d = K d m Td = Donmanoktasialçalması Kd = Molal donmanoktasialçalmasısabiti m = Çözeltinin molalitesi Molalite, 1000 g çözücü içinde çözünen maddenin mol sayısı olarak tanımlanır. Molalite = Çözünenin mol sayısı (n) 1000 g çözücü Bazı çözücülerin molal donma noktası düşmesi sabitleri Tablo 8 de verilmiştir. Tablo 8. Bazı çözücülerin molal donma noktası düşmesi sabitleri Çözücü Donma noktası ( o C) Kd ( o C/molal) H2O 0,0 1,86 Naftalin 80,2 6,80 Asetik asit 16,5 3,90 Donma noktasının alçalması ile ilgili ölçmeler, kaynama noktası yükselmesinde olduğu gibi,çözünmüş maddelerin molekül ağırlıklarının saptanmasında kullanılabilir. Donma noktası alçalmasabiti bilinen belli miktarda bir çözücü içinde, molekül ağırlığı bilinmeyen bir madde bir miktartartılarak çözülür. Çözeltinin donma noktası saptanır. Çözeltinin donma noktası alçalması vemolalitesi hesaplanır.bu deneyde çözücü naftalin, çözünen madde ise kükürttür. Kükürdün bir molü, 1000 gramnaftalinde çözündüğünde çözücünün donma noktasını 6,9 C düşürür (Kd= 6,9 C/molal). Bilinenbir kütledeki naftalin içinde, yine bilinen bir kütledeki kükürdü çözerek donma noktasındakidüşüş ölçülecek ve böylece kükürdün molekül kütlesi bulunacaktır. DENEYİN UYGULANMASI Şekil 12 de gösterilen düzeneği kurun. Termometreyi iki delikli mantar tıpaya yerleştirirken, termometreyi ve tıpayı havlu ile sarın ve yavaş yavaş döndürerek deliğin içine termometre skalasının 70 C'den yukarısı görülecek şekilde tüpün dibine değmeden yerleştirin (aksi durumda termometreyi kırabilirsiniz). 5,00 g naftalin tartın ve ölçüm değerini çözücünün kütlesi olarak kayıt edin (m2). Tüpü doldurmadan öncetemiz ve kuru olmasına dikkat edin. Naftalinin tamamını büyük bir deney tüpünün dip kısmına gelecek şekilde boşaltın. Termometre ve telkarıştırıcıyı yerleştirdiğiniz tıpayla, tüpün ağzını kapatın ve tüpü, içinde su bulunan bir beherin içine yerleştirin. Naftalinin tamamı eriyinceye kadar sudolu beheri yavaş yavaş ısıtın. Erime noktası 80 Ccivarında gözlenmelidir. Beherin altından beki alınve kapatın. Sürekli 32

33 karıştırarak her 30 saniyede birsıcaklık okumalarını kayıt edin. Bu işleme sıcaklık 75 C'ye düşünceye kadar devam edin. 1,00 g kükürt tartıp (tartım değerini m1 çözünenin kütlesi olarak not edin) soğuyup katılaşmış olan naftalinin üzerineekleyin. Termometre ve karıştırıcıyı yerleştirdiktensonra naftalin ve kükürdün tamamı eriyinceyekadar su banyosunda ısıtın. Beki söndürdükten sonra C aralığındaki sıcaklık düşmesini her30 saniyede bir kayıt edin. Deneyiniz tamamlanmıştır.deney verilerinizi kullanarak hesaplamaları yapınız. Deney tüpünü temizlemek için içindekiler eriyinceye kadar su banyosunda tekrar ısıtın. Tüpün içindekiler tamamen eridikten sonra termometre ve karıştırıcıyı çıkarın. Sonra erimiş naftalini atık naftalin etiketi yapıştırılmış olan behere boşaltın. Erimiş naftalini asla lavaboya dökmeyin!!! Termometre Karıştırıcı Şekil 11. Mol kütlesi tayini için düzenek Hesaplamalar: Naftalin için Kd = 6,8 o C/molal Naftalinin formül kütlesi = 128 g/mol Kükürdün molekül kütlesi? Bu deneyde öncenaftalin ve naftalin-kükürt çözeltisi için belirlenen donma noktalarının farkı ( Td) bulunur.aşağıdaki eşitlikten yararlanarak, kükürdün molal derişimihesaplanır: T d = K d(naftalin) m kükürt m kükürt = T d(deneysel) 6,80 Daha sonra molalitenin tanımından yararlanarak; 33