ÇEV205 ÇEVRE KİMYASI I LABORATUVARI DENEY PROGRAMI. 1. Hafta: Deney Malzemelerinin Tanıtımı ve Grupların Oluşturulması

Transkript

1 ÇEV205 ÇEVRE KİMYASI I LABORATUVARI DENEY PROGRAMI 1. Hafta: Deney Malzemelerinin Tanıtımı ve Grupların Oluşturulması 2. Hafta: Çözelti Hazırlama 3. Hafta : Asit- Baz Titrasyonu 4. Hafta: Kromatografi 5. Hafta: ph, İletkenlik ve CO2 tayini 6. Hafta: Alkalinite Tayini 7. Hafta: Sertlik ve Ca 2+ - Mg 2+ Tayini 8. Hafta: Ara Sınav 9. Hafta: Tatil 10. Hafta: Sülfat Tayini 11. Hafta: Klorür Tayini 12. Hafta : Renk ve Bulanıklık Tayini 13. Hafta: Alev Fotometresi ile Sodyum ve Potasyum Tayini 14. Hafta: Telafi 15. Hafta: Telafi 1

2 LABORATUARDA İŞ SAĞLIĞI ve GÜVENLİĞİ Laboratuvar Güvenlik Kuralları ve Genel Prensipler Laboratuvar sorumlusundan izin almadan laboratuvara girmeyin. Laboratuvarda tek başınıza çalışmayın. Ecza dolabının konumunu ve içeriğini öğrenin. Laboratuvarda mutlaka uzun laboratuvar önlüğü ile önü ilikli olacak şekilde çalışın. Laboratuvarda çalışırken eldiven kullanın. Saçınız uzun ise mutlaka toplayın. Takı ve aksesuarlarınızı çıkartın. Laboratuvarda kapalı, rahat, düz ayakkabı giyin. Laboratuvar ortamında çalışırken elinizde kesik, yara ve benzeri durumlar varsa bunların üzerini su geçirmez bir bantla kapatın. Laboratuvarda yiyecek/içecek tüketmeyin ve gıda malzemelerini bulundurmayın. Laboratuvar sorumlusunu öğrenin. Çalışırken ellerinizi yüzünüze sürmeyin, ağzınıza herhangi bir şey almayın. Laboratuvar sorumlusunun izni olmadan hiçbir madde ve/veya malzemeyi laboratuvardan dışarı çıkarmayın. Laboratuvarda meydana gelen problemleri laboratuvar sorumlusuna bildirin. Kullanıldıktan sonra her bir eşya, alet veya cihazı yöntemine uygun biçimde kapatın, temizleyin ve yerlerine kaldırın. Atılacak katı maddeleri çöp kutusuna atın. Laboratuvarda bulunan bütün kimyasallar tehlike içerir. Bu nedenle kesinlikle kimyasallara çıplak elle dokunmayın, tadına bakmayın ve koklamayın. Katı haldeki maddeleri şişelerden daima temiz bir spatül veya kaşıkla alın. Aynı kaşığı temizlemeden başka bir madde almak için kullanmayın. Şişelerin kapak veya tıpalarını değiştirmeyin. Kimyasal maddeleri gelişi güzel birbirine karıştırmayın. Laboratuvarda yapılan çalışmalar için özel bir defter tutun. Yapılan çalışma ve gözlemleri mutlaka bu deftere kaydedin. 2

3 Tüm asitler ve alkalileri sulandırırken daima asit ve alkaliyi suyun üzerine yavaş yavaş dökün, asla tersini yapmayın. Kimyasalları taşırken iki elinizi de kullanın. Kimyasalları bir elinizle kapaktan sıkıca tutarken, diğer elinizle şişenin altından kavrayarak taşıyın. Asit, baz gibi aşındırıcı yakıcı maddeler deriye damladığı veya sıçradığı zaman derhal bol miktarda su ile yıkayın. 3

4 Kimyasal Etiket Sembolleri ve Açıklamaları 4

5 Kişisel Güvenlik Göz Banyosu Göze herhangi bir kimyasal sıçraması durumunda ilk olarak var ise lensi çıkarın. Göz iyice açılarak göz çukuru çok tazyikkli olmayacak şekilde su veya göz temizleme solüsyonu ile bolca yıkanır. Laboratuvarda bulunan göz solüsyonlarının son kullanma tarihleri ve dolulukları sık olarak (3 ayda bir) kontrol edilmelidir Laboratuvar Duşu Her laboratuvarda mutlaka laboratuvar duşu bulundurun. Duşlara kolay ulaşılabilirliği sağlayın. Kullanımı zorlaştıracak şekilde ulaşımı engellemeyin. Duşların monte işleminde herkesin kolaylıkla kullanabileceği yüksekliğe ayarlayın. 5

6 Göz ve Yüz Koruyucuları Gözünüzü toz, küçük parçacık ve kimyasal maddelerden korumak için genel amaçlı gözlük kullanın. Gerekli durumlarda göz çevresini daha iyi saran tam korumalı koruyucu gözlük (dalgıç tipi gözlük) kullanın. El ve Kol Koruyucuları Aşınmaya karşı dayanıklılığı ve mekanik koruması yüksek dirençli eldivenleri giyin. 6

7 Laboratuvar ortamında kimyasal malzemelerden korunmak için genel amaçlı nitril eldiven kullanın. Yüksek riskteki kimyasal çalışmaların verdiği zararlardan korunmak için daha dayanıklı nitril eldiven kullanın. Vücut, Gövde ve Karın Bölgesi Koruyucuları Laboratuvarda önlük giyin Kimyasal Atıklar Birbiri içerisinde karışmaması gereken kimyasallar 7

8 İlk Yardım Ani olarak hastalanan veya kazaya uğrayan kimseye anında, olay yerinde ve çevre imkanlarından yararlanılarak yapılan, tıbbi olmayan geçici müdahaleye ilkyardım denir. Kanama Kanamalar iç ve dış kanama olmak üzere ikiye ayrılır. İç kanamalar gözle görülemediklerinden, belirlenmeleri ve en kısa zamanda hastaneye ulaştırılmaları önemlidir. Dış kanamalar ise gözle görülebilir ve durdurulma yöntemleri ile kontrol altına alınabilirler. 8

9 Dış Kanamaları Durdurma Yöntemleri Parmakla (lokal) basınç Basınçlı sargı Yaranın üstünde yer alan damar köküne basınç Kanayan kısmın kalp seviyesinde veya üzerinde tutulması Turnike Atelleme (Destekleme) Yaralanma Sıyrık: Derinin sert ve pürtüklü bir yüzeye sürtünmesi sonucu oluşan yüzeysel yaralanmalardır. Sıyrıklar, varsa antiseptikle silinebilir yoksa sabunlu su ile yıkanıp kuru ve temiz tutuldukları sürece daha çabuk iyileşirler. Ancak, kirli veya ıslak bir iş yapılacaksa yara mutlaka kapatılmalıdır. Kesik: Keskin ve düzgün yüzeyli nesne ile meydana gelir. Kesilmiş düzgün veya parçalı bir yara oluşur. Kesik yaranın kenarları antiseptikle silinir ve yara ağzı uç uca getirildikten sonra üzeri, steril gazlı bezle kapatılarak, yaralı hastaneye götürülür. Yırtık / Kısmi Kopuk: Derinin bir parçası ya tamamen kopmuştur ya da küçük bir kısmı ile bağlı kalmıştır. Bu tip yaralanmalarda kısmen ya da tam kopmuş olan deri, yaranın üzerine, normal yerine yerleştirilmeli, daha sonra üzeri steril pansumanla kapatılmalıdır. Yaralı hemen hastaneye götürülmelidir. Göz Yaralanmaları Göze yabancı cisim kaçması: Yabancı cisim ( toz, kirpik vb) kornea üzerindedir veya gözkapağı altındadır. Bu durumda göz temiz su ile yıkanır. Eğer cisim göz kapağının altındaysa, göz kapağı ters çevrilerek pamuklu çubukla uzaklaştırılabilir. Göze yabancı cisim batması: Batan cisimler çıkarılmaz, sabitlenir. Üzeri koni biçiminde bir malzeme ile kapatılır. Gözler birlikte hareket ettiğinden sağlam göz de kapatılmalıdır. Yırtılmalar: Yaralı göz hemen steril gazlı bezle kapatılır, sağlam göz de kapatıldıktan sonra en kısa sürede hastaneye götürülmelidir. Kimyasal Yanıklar: Tek ve ilk acil tedavi yıkamaktır. Yıkamak için her türlü temiz su kullanılabilir. Yıkama süresi en az 15 dakika olmalıdır. Daha sonra her iki göz de kapatılarak hastaneye ulaştırılır. 9

10 Isı yanıkları: Göz kapakları genellikle kapanır ve yapışabilir. O nedenle her iki göz yıkandıktan sonra ıslak pansumanla kapatılarak hastaneye götürülmelidir. Yanık 1. Derece Yanıklar: Derinin sadece en üst tabakasının zedelendiği yanıklardır. Kızarıklık, gerginlik ve ağrı görülür. (Örn; güneş yanıkları) 2. Derece Yanıklar: Derinin üst ve değişen oranlarda alt kısmının etkilendiği yanıklardır. Kızarıklık, gerginlik, ağrı ve su toplanması şeklinde belirtiler görülür. 3. Derece Yanıklar: Tüm deriyi kapsayan; derialtı dokularına, derin dokulara ve hatta kemiklere kadar ulaşan yanıklardır. Şiddetli yanıklarda, yüzeysel sinir uçları ve kan damarları zedeleneceğinden, yanık alanda his kaybı olabilir. Isı Yanıkları Yanma sürecini sona erdirerek daha fazla yaralanmayı önlemek gerekir. Asla yoğurt, salça, diş macunu, zeytinyağı vb. şeyler sürülmez. En az 10 dakika soğuk suya tutulur. Gerginliği azaltmak üzere yağlı krem veya ağrısını almak ve gerginliği azaltmak üzere yanık merhemi sürülebilir. Geniş yanıklarda, kişi kendi içebilecek durumdaysa bol sıvı içirilir. Kimyasal Yanıklar Kuvvetli asit veya bazlarla meydana gelir. Çoğunlukla endüstri, laboratuvar veya fabrikalarda görülür. Sadece kimyasal maddeler değil onların oluşturduğu gazlar ve buharlar da kimyasal yanıklara (özellikle solunum yolunda) neden olurlar. Kimyasal madde; Kuru (Toz) ise: Toz kimyasal madde, önce bir fırça veya kuru bezle iyice vücuttan uzaklaştırılır, sonrasında bol akan su ile yıkanır. Sıvı ise: Hemen etkilenen bölgedeki giysiler çıkarılır ve etkilenen alan basınçlı su ile en az 10 dakika yıkanır. 10

11 DENEY RAPORU YAZIM KILAVUZU Deney raporları A4 kâğıda el yazısı ile tükenmez kalem kullanılarak yazılmalıdır. Deneyde öğrencinin adı soyadının, öğrenci no, grup no, tarih ve deney adının bulunduğu bir kapak sayfası mutlaka olmalıdır. Kapak sayfası olmayan raporlar kabul edilmeyecektir. Deney raporu genel olarak 7 kısımdan oluşur. 1. AMAÇ Deneyin hangi amaçla yapıldığı ve deneyin yapılışında birden fazla yöntem varsa hangi yöntemin kullanıldığı ifade edilmelidir. 2. DENEYDE KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER Deneyde kullanılan aletler ve kimyasalların isimleri yazılmalıdır. 3. TEORİ Bu bölüme yazılanlar konunun temelini teşkil etmeli, konu hakkında gerekli bilgiler araştırılmalı ve gereksiz, tekrar bilgilerden kaçınılmalı sade ve net bir şekilde yazılmalıdır. Deneyin çevre mühendisliği açısından önemi ve nerelerde kullanıldığı yazılmalıdır. Teori kısmı en az 2 sayfa olmalıdır. Teori kısmı için kullanılacak olan kaynaklar güvenilir olmalı, internet kaynaklarından olabildiğince kaçınılmalı eğer kullanılacak ise güvenilir internet kaynakları kullanılmalıdır. Kitap, makale, dergi gibi yayınlar tercih edilmelidir. Teori kısmı yazılırken alınan parçanın hangi kaynaktan geldiği belirtilmelidir. Örnek: Uçucu Organik Bileşikler tüm kentsel ve endüstriyel alanlarda atmosferde yer seviyesinde bulunan önemli hava kirleticileridir. Uçucu Organik Bileşikler sınıfına giren yüzlerce bileşik bulunmaktadır. UOB ler atmosferde gaz halinde bulunur ancak normal sıcaklık ve basınç altında sıvı veya katı halde olabilirler. Bu bileşikler 20ºC de buhar basıncı 760 tordan (101.3 kpa) küçük ve 1 tordan (0,13 kpa) büyük organik bileşikler olarak tanımlanabilir. UOB leri temsil eden diğer bileşik grupları hidrokarbonlar (HC s), reaktif organik gazlar (ROG s), metan olmayan uçucu organik bileşikler (NMUOB s) dir (Hester ve Harrison, 1995). 4. DENEYİN YAPILIŞI Deneyin yapılış şekli laboratuarda uygulanan biçimiyle anlatılmalı, direk föyden alınmamalıdır. Laboratuar çalışması esnasında deneyin yapılışı ile ilgili öğrenilen bilgiler ve tartışmalara bu kısımda değinilmelidir. Ayrıca gerekiyorsa literatür taraması yapılabilir. 11

12 5. HESAPLAMALAR Bu bölüme gerekirse deney esnasında yapılan, yapılmasına ihtiyaç duyulan hesaplamalar ve grafikler verilerek açıklamalarda bulunulur. Deney verileri açık bir biçimde verilmeli hesaplamalar bu veriler takibinde yapılmalıdır. 6. DEĞERLENDİRME VE YORUM Deney raporunun en önemli kısımlarından biri deneyin yorumlandığı kısımdır. Bu kısımda özellikle Çevre ve Orman Bakanlığının yayınlamış olduğu su ile ilgili mevzuatlar esas alınarak deneyde elde edilen verilerin yorumlanması ve çevre mühendisliği bakış açısı ile değerlendirilmesi gerekmektedir. 7. KAYNAKLAR Deneyin özellikle teori kısmında başvurulan kaynaklar bir liste halinde raporun son sayfasında verilmelidir. Kaynak gösterilirken, Yazarın soyadını adı, kitabın adı basım yeri ve yılı sırasıyla verilmelidir. Örnek: Pluschke, P. Indoor Air Pollution, Springer, 2004, Western Europe. 12

13 DENEY 1 ÇÖZELTİ HAZIRLAMA Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımı olup, en az iki bileşenden oluşur. Bileşenlerden biri çözücü, diğeri ise çözünendir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden miktarı az olana "çözünen", fazla olanına ise "çözücü" denir. Çözücü, genellikle çözeltinin fiziksel durumunu belirler. Çözeltilerin özellikleri, Çözeltiler saydamdır. Çözeltilerde (molekül veya iyonlar) görülmez. Çözeltiler çökelti vermez. Tanecikler, süzme ve bekletilmekle ayrıştırılamaz. Küçük parçalar halindeki maddeler daha çabuk çözünür. Karıştırma, çözünmeyi kolaylaştırır. Çözeltiler 3 şekilde hazırlanabilir, Ağırlık esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Ağırlık birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile, Ağırlık yüzdesi = Çözünen ağırlığı Çözelti ağırlığı Örneğin ağırlıkça % 20'lik NaCl çözeltisi : şeklinde olabilir x 100 şeklinde ifade edilebilir. 20 mg NaCl 100 mg Çözelti veya 20 g NaCl 100 g Çözelti veya 20 kg NaCl 100 gg Çözelti Böyle bir çözelti 20 ağırlık birimi NaCl'nin 80 ağırlık birimi saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir. Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi (ml, L, m 3, vb. olabilir) çözeltide kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile Hacim yüzdesi = Çözünen hacmi Çözelti hacmi x 100 şeklinde ifade edilebilir. Örneğin hacimce % 20'lik CH4O (Metanol) çözeltisi : 20 ml CH 4O 100 ml Çözelti veya 20 L CH 4O 100 L Çözelti veya 20 cm 3 CH 4 O 100 cm 3 Çözelti şeklinde olabilir Böyle bir çözelti 20 hacim birimi CH4O nun 80 ağırlık birimi saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir. 13

14 Ağırlık-hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile, Ağırlık Hacim yüzdesi = ifade edilebilir. Çözünen ağırlığı Çözelti hacmi Örneğin hacimce % 20'lik KCl çözeltisi : şeklinde olabilir x 100 şeklinde ifade edilebilir. 20 mg KCl veya 20 g KCl veya 20 mg KCl 100 ml Çözelti 100 L Çözelti 100 cm 3 Çözelti Böyle bir çözelti 20 ağırlık birimi KCL nin 80 hacim birimi saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir. Çözelti hazırlama işleminin adımları Deneyin Yapılışı: Aşağıdaki tabloda Molar derişimleri ve hacimleri verilen çözeltilerin hazırlanması için gerekli madde miktarının hesaplanması yapılır. Katı maddelerden çözelti hazırlarken, hesaplanan miktar kadar kimyasal tartılır ve uygun hacimde balon jojeye eklenir. Üstüne piset yardımıyla saf su eklenerek belirtilen hacme kadar tamamlanır. Çözelti homojen hale geldikten sonra balon joje üzerine gerekli bilgiler yazılır (hazırlanış tarihi, derişimi, kim tarafından hazırlandığı) ve çözelti buzdolabında saklanır. Sıvı kimyasallardan çözeltiler hazırlanırken hesaplanan hacimde stoktan alınır. İçine bir miktar saf su konulan uygun hacimde balon jojeye stok çözeltiden hesaplanan miktarda alınan sıvı kimyasal eklenir, çalkalanır ve belirtilen hacme kadar saf su ile tamamlanır. 14

15 Grup No Katı-sıvı Çözelti (250 ml de) Sıvı-Sıvı çözelti (100mL de) Seyreltme (50mL) 1 0,1M NaCl 0,1M H2SO4 0,01 M H2SO4 2 0,05M NaCl 0,01M H2SO4 0,005 M H2SO4 3 0,1M NaOH 0,1M HCl 0,01M HCl 4 0,01 M NaOH 0,01M HCl 0,005 M HCl 5 0,005 M NaCl 0,5M H2SO4 0,1 M H2SO4 6 0,2 M NaOH 0,5M HCl 0,1M HCl Na: 23 g/mol, Cl:35 g/mol, O:16 g/mol, H:1 g/mol, S: 32 g/mol Sülfirik asit için saflık, % 98, Yoğunluk: 1,84 g/cm 3 Hidroklorik asit için saflık : % 37, Yoğunluk: 1,18 g/cm 3 Örnek ml 0,01 M NaCl çözeltisi hazırlama mol = Molarite x Hacim = 0,01 M x 0,1 L = 0,001 mol NaCl Kütle = mol x Molekül ağırlığı = 0,001 mol x 58 g mol x 1000 mg 1 g 58 mg NaCl balon jojeye eklenir ve saf su eklenerek 100 ml ye tamamlanır. = 58 mg NaCl 2 0,1 M 250 ml H2SO4 çözeltisi hazırlama mol = Molarite x Hacim = 0,1 M x 0,25 L = 0,025 mol H 2 SO 4 Kütle = mol x Molekül ağırlığı = 0,025 mol x 128 Hacim = Kütle x Yoğunluk = 3,2 g x 1 cm3 1,84 g Saf H 2 SO 4 hacmi = Gerekli hacim x = 1,78 ml H 2 SO 4 g mol = 3,2 g H 2SO 4 x 1 ml 1 cm 3 = 1,74 ml H 2SO 4 1 Saflık = 1,74 ml H 2SO 4 x ,78 ml H2SO4 balon jojeye eklenir ve saf su eklenerek 250 ml ye tamamlanır. 15

16 3 0,1 M H2SO4 çözeltisinden 0,025 M 100 ml H2SO4 çözeltisi hazırlama M 1 x V 1 = M 2 x V 2 = 0,1 M x V 1 = 0,025 M x 100 ml V 1 = 25 ml H 2 SO 4 25 ml H2SO4 çözeltisi balon jojeye alınır ve saf su ile 100 ml ye tamamlanır. 16

17 DENEY 2 ASİT- BAZ TİTRASYONU (VOLUMETRİK ANALİZ) Titrasyon derişimi bilinen bir çözelti (standart çözelti) ile tepkimeye giren, derişimi bilinmeyen bir çözeltinin derişiminin belirlenmesidir. Titrasyon yönteminin analitik olarak kullanılabilmesi için, derişimi bilinmeyen çözelti ile standart çözelti arasında oluşan tepkimenin tam ve hızlı olarak gerçekleşmesi gerekir. Tepkimenin sonlandığı nokta eşdeğerlik noktası (Bir titrasyonda ayarlı maddenin titre edilen maddeyi tam olarak tükettiği nokta) veya dönüm noktasıdır. Dönüm noktasının belirlenmesi için uygun belirteçler kullanılır. Tepkime dönüm noktasına geldiğinde belirteçler, oluşan tepkimenin çeşidine ve türüne göre ortamın rengini değiştirebilir, çökeleğin daha kirli görünmesine neden olabilir ve ortamdaki iyonların değişimi ile tanımlanabilir. Eşdeğerlik noktasının belirlenmesinde aşağıdaki tepkimelerden biri gerçekleşir; Nötralleşme Çökelme Kompleksleşme Yükseltgenme ve indirgenme Eşdeğerlik noktasında nötralleşme reaksiyonunu esas alan titrasyon Buna asidimetri-alkalimetri veya nötralleşme yöntemi de denir. Burada gerçekleşen olay, ortamda bulunan hidrojen (veya OH - ) iyonunun, standart bir çözeltideki OH - (veya H + ) ile tepkimeye girerek su meydana gelmesi işlemidir. Birçok organik ve inorganik bileşikler, bunların asidik veya bazik özelliklerinden yararlanılarak bu yöntemle tayin edilebilir. Nötralleşme tepkimesinde dönüm noktasında, asitin eşdeğer kütle sayısı bazın eşdeğer kütle sayısına eşittir. Dönüm noktası, indikatör (belirteç) denilen ve belirli ph aralıklarında renk değiştiren organik boyar maddeler kullanılarak veya akımölçer, ph ölçer gibi aletlerle de belirlenebilir. Asit-baz titrasyonlarında kullanılan indikatörler, nötrleşme anında renk değiştiren zayıf organik asit ya da zayıf organik bazlardır. Örneğin, ph 8.3 civarında renk değiştiren fenolftalein zayıf bir organik asittir ve asidik çözeltilerde renksiz, bazik çözeltilerde ise pembe renktedir. 17

18 Kullanılan Araç ve Gereçler: Büret, 50 ml lik Erlen, 50 ml lik Balon joje, 500 ml lik Mezür Pipet Kullanılan Kimyasallar: 0,1 M NaOH çözeltisi Fenolftalein çözeltisi H2SO4 çözeltisi Saf su Deneyin Yapılışı Derişimi bilinmeyen asit çözeltisinden 10 ml alınarak 50 ml lik erlen içerisine konur. 0,1 M NaOH 50 ml lik büret içerisine doldurulur. Erlenin içerisine 1-2 damla fenolftalein damlatılır ve titrasyon işlemine geçilir. Kalıcı pembe rengin gözlendiği ilk damlada titrasyon bitirilir ve harcanan NaOH hacmi okunur. Hesaplamalar NA x VA = NB x VB NA = M x TD TD = H2SO4 ün Tesir Değerliği 2 dir MAsit = NAsit/2 NA = Asit çözeltisini normalitesi, VA = Asit çözeltisinin hacmi, NB = Baz çözeltisinin normalitesi, VB = Baz çözeltisinin harcanan hacmidir 18

19 Örnek Konsantrasyonu bilinmeyen H2SO4 içeren 50mL çözeltinin Normalitesini saptamak için fenolftalein indikatörü ile yapılan titrasyon işleminde kalıcı pembe oluşana kadar yapılan 0.1M NaOH çözeltisi sarfiyatı 5 ml dir. İlgili asit çözeltisinin Normalitesi nedir? Çözüm MAsit x VA = MBaz x VB (NAsit/2)*(50mL) = (0.1M)*(5mL) NAsit = 0.02 N 19

20 DENEY 3 KROMATOGRAFİ Kromatografi, bir karışımdaki iki ya da daha fazla bileşenin, hareketli (taşıyıcı) bir faz yardımıyla, sabit (durgun) bir faz arasından değişik hızlarda hareket etmeleri ve farklı etkileşim tiplerine göre birbirinden ayrılmaları esasına dayanır. Zaman Kromatografik yöntemlerle, kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın bileşenlerden oluşan karışımları ayırmak olanaklıdır. Kromatografide durgun faz, bir katı veya katı yüzeyine kaplanmış bir sıvı fazdır. Durgun fazın üzerinden akan hareketli faz ise bir gaz veya sıvıdır. Bir kalitatif analiz tekniği olan kromatografide amaç, anlamlı bir süre içinde iyi bir ayırma yapmaktır. [Kantitatif (Nicel) (quantitative) analiz, bir karışım içerisindeki maddelerin miktarlarını ölçmek için yapılan analizdir. (Nitel) (qualitative) analiz ise karışımda neler olduğunu anlamak için yapılan analizdir.] Kromatografi tekniğinin temelinde üç ana unsur yer alır. Sabit faz: Bu faz daima bir "katı" veya bir "katı destek üzerine emdirilmiş bir sıvı tabakasından" oluşur. 20

21 Hareketli faz: Bu faz daima bozunmayan ve reaksiyona girmeyen bir "sıvı" veya "gazdan" oluşur. Sabit faz, hareketli faz ve karışımında yeralan maddeler arasındaki etkileşimin türü: Kromatografide "yüzey tutunması veya adsorpsiyon" ile "çözünürlük" olguları temel etkileşim türlerini oluştururlar. Şayet sabit faz bir "katı" ise, karışımdaki maddelerle sabit faz arasında yüzey tutunması (adsorpsiyon)" etkileşimi gerçekleşir. Eğer sabit faz sıvı ise çözünürlük etkileşimi gerçekleşir. Kromatografi yöntemi çevre mühendisliğinde bir çok organik ve anorganik maddenin tayininde (karbonhidrat, lipit, yağ asitleri, aminoasitler, proteinler ve türevleri, vitaminler) veya ayrıştırılan maddelerin saflıklarının kontrolünde başarıyla kullanılan bir metottur. Kromatografi Çeşitleri 1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre 2. Uygulama Biçimine Göre 3. Faz Tiplerine Göre 1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre Adsorpsiyon kromatografisi Partisyon kromatografisi İyon değiştirme kromatografisi Jel filtrasyon (Moleküler eleme) kromatografisi İyon çifti kromatografisi Afinite kromatografisi 2. Uygulama Biçimine Göre Düzlemsel kromatografi Kağıt kromatografisi İnce tabaka kromatografisi (TLC) Kolon kromatografisi Gaz kromatografisi (GC) Yüksek Performans sıvı kromatografisi (HPLC) 21

22 3. Faz Tiplerine Göre Sıvı kromatografisi Sıvı-Katı kromatografisi Sıvı-Sıvı kromatografisi Gaz kromatografisi Gaz-Katı kromatografisi Gaz-Sıvı kromatografisi Kromatografi yöntemi günümüzde gelişmiş cihazlar şeklinde, iyi sonuçlar veren ve çokça kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. Bu cihazlardan en önemlileri Gaz Kromatografi Cihazı (GC) ve Yüksek Performans Sıvı Kromatografi Cihazıdır (HPLC). Aşağıdaki şekillerde GC ve HPLC cihazları görülmektedir. Gaz Kromatografi Cihazı Yüksek Performans Sıvı Kromatografi Cihazı Kullanılan Malzemeler: Cam Kromatografi Kolonu Ayırma Hunisi Erlen Mayer Cam Pamuğu Stand 22

23 Kullanılan Kimyasallar: Bazik Alüminyum Oksit (Al2O3) Metilen Mavisi Metil Oranj Distile Su Etil Alkol (% 95 lik) Deneyin Yapılışı: Kolon olarak kullanılacak cam borunun alt ağzına cam pamuğu sıkıca kapatılır. Pamuğun üstünde 20 cm yükseklikte olacak şekilde bazik alüminyum oksit eklenir. Al203 burada sabit (durgun) faz olacaktır. Bu kolondan 2 adet hazırlanır. Kolona daha önceden hazırlanan ve içinde Metil Oranj ve Metilen Mavisi karışımı bulunan örnekten 5 ml eklenir. Kolonların üst kısmına ayırma hunisi yerleştirilir. Ayırma hunilerinden birine distile su diğerine etil alkol konulur. Burada distile su ve etil alkol hareketli (yürütücü) fazdır. Ayırma hunilerinin muslukları açılarak sıvılar yavaş yavaş damlatılır. Kolon boyunca ayrışma gözlenir. Bu işlem birleşikteki bütün maddeler ayrılana kadar devam eder. Ayrılan maddeler farklı erlen mayerlere toplanır. 23

24 DENEY 4 ph, İLETKENLİK VE CO2 TAYİNİ ph ph ölçümü, su kimyasında en önemli ve en sık kullanılan testlerden biridir. ph çevre mühendisliğinde kullanılan birçok proseste sonuçlar ve verim üzerinde oldukça önemli rol oynar. Örneğin asit-baz nötralizasyonu, yumuşatma, çöktürme, kimyasal pıhtılaştırma, dezenfeksiyon, korozyon kontrolü ph ın önemli olduğu proseslerdir. ph ayrıca alkalinite ve karbondioksit ölçümünde ve bir çok diğer asit-baz dengesiyle ilgili konuda kullanılan bir parametredir. Belli bir sıcaklıkta, bir çözeltinin asidik veya bazik özelliğinin şiddeti ph parametresiyle ifade edilir ve log[h + ] formülü ile hesaplanır. Saf su 25 C de ve denge halinde; [H + ][OH - ] = Kw = ve [H + ] = [OH - ] = [H + ] = Hidrojen iyonu molar konsantrasyonu, mol/l [OH - ] = Hidroksil iyonu molar konsantrasyonu, mol/l Kw = Su için iyonizasyon sabiti Saf su 10-7 mol/l H + iyonu içerir. Bu durum aynı şekilde saf suda 10-7 mol/l OH - bulunduğu anlamına gelmektedir. Saf suya [H + ] = 10-2 olacak şekilde asit eklenirse, [H + ][OH - ] = Kw = olduğundan [OH - ] = olur. ph + poh = pkw = 14 Yukarıdaki denklem ph arttığında, poh ın da ona bağlı olarak düştüğünü göstermektedir çünkü belirli bir sıcaklıkta pkw sabittir. Nötr ph değeri sıcaklığa bağlıdır ve 25 C de ph = 7 nötr değerdir. Nötrallik 0 C de 7.5 ve 60 C de 6.5 değerlerinde gerçekleşir. Doğal suların ph sı genellikle 4-9 arasında olup bu suların büyük bir kısmı karbonat ve bikarbonatlar nedeni ile hafifçe baziktir. 24

25 ph Ölçümü Elektrometrik ph tayininin temel prensibi; hidrojen iyonlarının standart hidrojen elektrodu ve bir referans elektrot yardımıyla potansiyometrik ölçülmesi esasına dayanır. Bu sistemin kullanımındaki zorluk nedeniyle ve diğer iyonlar ile girişim olmaksızın çalıştığı için çoğunlukla cam elektrot kullanılır. Cam elektrot sisteminde oluşan potansiyel fark, ph değeri ile lineer olarak değişmektedir. Cam elektrot ölçümü standart yöntem olarak kabul edilmiştir. Elektrot (ph probu), ph metre adlı cihazlara bağlı olarak kullanılır. ph-metreler normal olarak ph değeri bilinen tampon çözeltiler yardımıyla standardize edilmeli (kalibrasyon) ve periyodik olarak kontrolleri yapılmalıdır. Elektrot sisteminin standardize edileceği tampon çözeltiler ph metre üreticisi tarafından verilebileceği gibi laboratuarda da hazırlanabilir. Uzun aralıklarla yapılan ölçümlerde cihaz kullanılmadan önce kalibrasyonu yapılmalıdır. Arazi çalışmaları için pille çalışan ph metreler çok uygundur. Ayrıca ph renk indikatörleri de arazi çalışmalarında kullanılabilir. Kullanılan Malzemeler ve Çözeltiler ph-metre : ph-metreler; potansiyometre, cam elektrot, referans elektrot ve sıcaklık dengeleyiciden oluşur. Elektrotlar bir solüsyona batırıldığında devre tamamlanır ve cihaz potansiyometrik ölçümü yapar. Potansiyometri, indikatör elektrot (örneğin cam elektrot) ile uygun bir referans elektrottan (örneğin AgCl elektrodu) oluşan elektrokimyasal hücreden yüksek direnç varlığında potansiyel ölçülmesidir. Referans elektrot sabit elektriksel potansiyel sağlayan bir yarı hücredir. Yaygın olarak AgCl elektrotlar kullanılır. Cam elektrot, içinde sabit bir konsantrasyonda HCl veya tamponlanmış klorür solusyonu olan özel bir cam malzemeden yapılmıştır. Genellikle cam ve referans elektrotlar tek bir probda birarada bulunurlar. Beher Manyetik karıştırıcı Distile su Deneyin Yapılışı ph değerleri ölçülecek olan asit veya baz çözeltileri beherlere alınır. Cihaz açıldıktan sonra ph probu saf su ile yıkanır ve numuneye daldırılır. Ölçüm sırasında numunenin homojenliği karıştırılarak sağlanır. Karbondioksit çıkışını azaltmak için yavaş karıştırılmalıdır çünkü numune içerisindeki karbondioksit derişiminin değişimi ph sonucunu etkiler. Ölçüm sonucu cihazdan okunur. ph değerinden faydalanılarak çözeltinin asit veya baz derişimi hesaplanır. 25

26 Grup No ph HCl Çözeltisi Asit Derişimi Grup No (M) NaOH Çözeltisi Baz Derişimi ph (M) Örnek hesaplama: ph = 3.2 olan HCl çözeltisinin asit derişimi; ph = -log[h + ] = 4.57 [H + ] = 6.3 x 10-4 HCl bir kuvvetli asit olduğu için suda 100 % iyonlaşır. HCl derişimi 6.3 x 10-4 M dır. HCl(aq) H + (aq) + Cl - (aq) 6.3 x 10-4 M 6.3 x 10-4 M İletkenlik İletkenlik su kalitesinin ve saflığının belirlenmesinde kullanılan önemli parametrelerden biridir. İletkenlik, bir su numunesinin elektrik taşıyabilme özelliğinin sayısal ifadesidir. Bu parametre sudaki iyonik türlerin toplam konsantrasyonuna, hareketliliğine, değerliklerine ve ölçüm sıcaklığına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşiklerin çözeltileri iyi iletkenlik özelliği gösterirken, suda çözünmeyen organik bileşiklerin akım iletme özelliği çok zayıftır. Su içindeki H + and OH - iyonlarından dolayı çok az bir iletkenlik vardır. Bu iletkenlik ölçeğinin başlangıcı olarak kabul edilir. Uluslararası Birimler Sistemi ne (SI) göre direnç birimi ohm un tersi Siemens (S) dir ve iletkenlik birimi olarak milisiemens/metre (ms/m) kullanılır. Bunun yanında µmho/cm de iletkenlik birimi olarak kulllanılmaktadır. 1 ms/m = 10 µmho/cm 1 µs/cm = 1 µmho/cm 26

27 Laboratuvarda hazırlanmış bir distile suyun iletkenliği genel olarak 0,5 3 µmho/cm dir. Zamanla havadaki karbondioksitin absorblanması ile bu değer 2 4 µmho/cm olur. İçme sularının iletkenliği genelde µs/cm arasında değişir, kirlilik arttıkça iletkenlik de artar ve bazı endüstriyel atıksularda iletkenlik µmho/cm in üzerinde olabilir. İletkenlik ölçümlerinin sıklıkla kullanıldığı durumlar şunlardır: Su içerisindeki toplam iyon konsantrasyonunun kimyasal denge, bitki ve hayvan fizyolojisi, korozyon oluşumu vb. üzerindeki etkileri değerlendirilebilir. Distile ve deiyonize suların mineral içeriği takip edilir. Ham su ve atıksu numunelerinin çözünmüş mineral konsantrasyonları izlenir. Genel kimyasal analizlerde kullanılacak numune miktarının tespit edilmesi ve analiz sonuçlarının kontrolü yapılabilir. İletkenlik değeri ampirik faktörlerle (0,55 0,90) çarpılarak sudaki toplam çözünmüş madde konsantrasyonu (mg/l) tahmin edilebilir. Bazı sularda iletkenlik (µmho/cm olarak) değeri 0,01 ile çarpılarak meq/l olarak katyon veya anyonların toplamı tahmin edilebilir. İletkenlik Ölçümü Günümüzde iletkenlik ölçümü Wheatstone köprüsü prensibi ile çalışan otomatik iletkenlik ölçerlerle (kondüktometre) yapılmaktadır. Bu cihazlarda bulunan iletkenlik hücrelerinde genelde platin elektrotlar bulunur. İletkenlik ölçerlerin kalibrasyonu 0,01 M standart KCl çözeltisi ile yapılır. 25 C de bu çözeltinin iletkenliği 1413 µmho/cm dir. İletkenlik ölçümü 25 C de yapılır. Sıcaklık artışı iletkenliği artırmaktadır. Herhangi bir sıcaklıkta ölçülen elektriksel iletkenlik değerinin, 25 C deki standart değere çevrilebilmesi için tablolardan alınan sıcaklık çevrim faktörüyle çarpılması gerekmektedir. İletkenlikölçerler bu işlemi otomatik olarak yaparak, sıcaklık düzeltmesi yapılmış olarak sonuç verir. Kullanılan Aletler ve Çözeltiler İletkenlik-ölçer (Kondüktometre) Beher Saf su 27

28 Deneyin Yapılışı Numune bir behere alınır. İletkenlik-ölçerin probunun temiz olduğundan emin olunmalıdır. Gerekirse saf sudan geçirilir. Prob numuneye birkaç kez daldırılıp çıkarılarak numune ile ıslatıldıktan sonra numune içerisinde bekletilir ve ölçüm değeri cihazdan okunur. İletkenlik ölçüm değerleri kullanılarak toplam anyon-katyon ve toplam çözünmüş madde konsantrasyonları tahmin edilir. Grup No İletkenlik (µs/cm) Toplam anyon-katyon (meq/l) Toplam çözünmüş madde (mg/l) Örnek hesaplama: İletkenlik = 658 µs/cm Anyon = Katyon = 658 x 0,01 = 6.58 meq/l TÇM = 658 x 0,75 = 493,5 mg/l Karbondioksit (CO2) Karbondioksit kokusuz, renksiz ve hafif asit tadında bir gazdır. Havadan daha ağırdır (odanın önce yere yakın olan bölümünde birikir) ve boğucu bir gazdır. Karbondioksit atmosferde çok düşük konsantrasyonda (0,03 0,06 %) bulunan bir gazdır. Genel olarak yüzey sularında 10 mg/l den daha az miktarda serbest CO2 bulunurken bazı yeraltı sularında daha yüksek derişimler görülebilir. Suda bulunan CO2 genellikle organik maddelerin aerobik veya anaerobik bozunmalarından ve suda yaşayan hayvan ve bitkilerin solunumlarından suya karışır. Sudaki CO2 içeriği ciddi şekilde korozyona neden olur. CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H + 28

29 Suda gaz halinde bulunan karbondioksite serbest CO2; karbonat ve bikarbonat halinde bulunan karbondioksite bağlı CO2 denir. Suda bulunan serbest CO2 tayini için nomografik yöntem ve titrimetrik yöntem standart yöntemlerdir. Titrimetrik yöntemde titrasyon potansiyometrik olarak veya fenolftalein indikatörü kullanılarak yapılabilir. Titrant olarak ise NaOH kulllanılır. Bunların yanında titrimetrik yöntemi esas alan, ticari olarak satılan hazır kitlerle de CO2 ölçümü yapılmaktadır. Kullanılan Aletler ve Çözeltiler CO2 ölçüm kiti Su numunesi Deneyin Yapılışı 23 ml numune ölçüm şişesine konur. Üzerine 1 damla fenoolftalein indikatörü eklenir. Sonra sodyum hikroksit çözeltisi damla damla sayılarak eklenir. Her damladan sonra ölçüm şişesi yavaşça çalkalanır. Bu işlem numunenin rengi 30 saniye boyunca açık pembe renkte kalıncaya kadar devam ettirilir. Hesaplamalar CO2 mg/l = Damla sayısı x 1,25 29

30 DENEY 5 ALKALİNİTE Alkalinite, suyun asit nötralize etme kapasitesidir. Alkalinite, öncelikle sudaki karbonat, bikarbonat ve hidroksil içeriğinin bir fonksiyonudur. Ayrıca; borat, fosfat, silikat ve diğer bazlar alkaliniteye katkıda bulunurlar. Yüzey sularında alkalinitenin kaynakları Karbonat (CO3 2- ), Bikarbonat (HCO3 - ), Hidroksit (OH - ), Zayıf asitler; Borat (BO3 3- ), Fosfatlar (PO4 3-, HPO4 2- ) ve silikatlardır (SİO4 4- ). Çevre Mühendisliğinde alkalinite verileri; koagülasyon, tamponlama, endüstriyel arıtma, su yumuşama, korozyon kontrolü gibi konularda özellikle önemlidir. Örneğin, anaerobik çürütücülerin uygun bir şekilde işletilebilmesi için önerilen üst sıvı alkalinite değeri mg CaCO3/L arasında olması tevsiye edilmektedir. Alkalinite ölçümü için yapılan titrasyon da ph dönüm noktalarına göre iki tür alkaliniteden söz edilebilir. - Fenolftalein alkalinitesi (FF); ph > 10 ise OH -, 10> ph > ise CO3 2- iyonları vardır. Titrasyon sırasında fenolftaleinin dönüm noktası olan ph 8,3 e gelindiğinde örnek içinde aşağıdaki tepkimeler gerçekleşmiştir; OH - + H + H2O CO H + HCO3 - - Metil oranj alkalinitesi (MO) : ph = 8,3 den, ph = 4,5 yani metil oranjın dönüm noktasına kadar gerçekleşen titrasyon sonucunda aşağıdaki tepkimeye göre HCO3 - lar karbonik asite dönüşür HCO3 - + H + H2CO3 - Toplam Alkalinite (TA) (TA=FF+MO) : Toplam alkalinite fenolftalein ve metil oranj alkalinitelerinin toplamı olarak ifade edilir. Örnek içindeki alkalinite türleri titrasyonda dönüm noktalarında harcanan asit miktarlarından belirlenebilir; Titrasyon Sonucu Hidroksit Alkalinitesi Karbonat Alkalinitesi Bikarbonat Alkalinitesi F=0 0 0 F F<T/2 0 2F T-2F F=T/2 0 2F 0 F>T/2 2F-T 2(T-F) 0 F=T T 0 0 F: Fenolfitalein Alkalinitesi T: Toplam Alkalinite 30

31 Kullanılan Araç ve Gereçler: ph metre Genel laboratuar cam malzemeleri Kullanılan Kimyasallar: 0,1 N Standart sülfürik asit çözeltisi: derişik (%98 lik, yoğunluk: 1.84 g/cm 3 ) sıvı asit çözeltisinden 2,8 ml alınıp bir miktar suya yavaşça eklenir. Sonra 1 litreye tamamlanır N Standart sülfürik asit çözeltisi: 200 ml 0,1 N H2SO4 çözeltisi 1 litreye tamamlanır. Metil Oranj İndikatörü: 100 mg metil oranj katı 200 ml distile suda çözülür. Fenolftalein indikatörü: 1 g fenolftalein disodyum tuzu önce 100 ml alkolde çözülür ve 100 ml distile su ilave edilir. Deneyin Yapılışı: 50 ml örnek alınır. Fenolftalein indikatörü (5 damla, daha az da eklenebilir) örneğe eklenir. 0,1 veya 0,02 N H2SO4 standart çözeltisi örneğe damlatılmaya başlanır. Titrasyon öncesi pembe-kırmızı renk oluşursa, örnek, renksize dönünceye kadar titre edilir ve yapılan sarfiyat fenolftalein alkalinitesi sarfiyatı olarak kaydedilir. Eğer fenolftalein indikatörü ilave edildiğinde (titrasyon işleminden önce) renk dönüşümü olmuyorsa, numunede fenolftalein alkalinitesi yoktur demektir. Bu kez aynı karışım üzerine metil oranj indikatörü (5 damla, daha az da eklenebilir) ilave ederek bürette kalan yerden titrasyona devam edilir. Portakal renginden kırmızıya dönülen noktadaki sarfiyat toplam alkalinite sarfiyatıdır. Aşağıdaki hesaplamalar yukarıdaki tablodaki alkalinite değerlerinin tespiti için kullanılır. Hesaplamalar: F:Fenolfitalein Alkalinitesi (mg CaCO3/L) = (V ff) N numune hacmi (ml) T:Toplam Alkalinite (mg CaCO3/L) = (V ff+mo) N numune hacmi (ml) Burada; Vff ve Vff+mo = Numune için fenolftalein dönüm noktasına kadar ve titrasyonun en başından metil oranj dönüm noktasına kadar yapılan toplam H2SO4 sarfiyat hacmi 31

32 N = H2SO4 ün normalitesi Örnek Dereden alınan bir sıvı örneğinin alkalinitesi tespit edilmek istenmektedir. Bu doğrultuta, 50 ml sıvı örneği için 0.02 N H2SO4 çözeltisi ile titrasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve Fenolfitalein dönüm noktasına kadar yapılan titrant sarfiyatı 4 ml, bu noktadan Metil oranj indikatörü dönüm noktasına kadar yapılan titrant sarfiyatı ise 6 ml olarak saptanmıştır. Dereden alınan örnekdeki alkalinite çeşitleri ve değerlerini mg CaCO3/L cinsinden saptayınız. Çözüm: V ff = 4mL V ff+mo = 4mL + 6mL = 10 ml F:Fenolfitalein Alkalinitesi (mg CaCO3/L) = T:Toplam Alkalinite (mg CaCO3/L) = Yukarıdaki tabloyu incelediğimizde (4mL) mL (10mL) mL = 80 mg CaCO3/L = 200 mg CaCO3/L F<T/2 şartı oluştuğu görülmektedir. O zaman; Hidroksit Alkalinitesi: 0 mg CaCO3/L Karbonat Alkalinitesi 2F: 2*80 mg CaCO3/L = 160 mg CaCO3/L Bikarbonat Alkalinitesi T-2F: = 40 mg CaCO3/L 32

33 DENEY 6 SERTLİK TAYİNİ TANIM Sudaki sertlik, suyun sabunu çökeltme kapasitesinin bir ölçüsü olarak bilinmektedir. Sertlik genel olarak su içinde çözünmüş (2+) değerlikli katyonlar (Ca +2, Mg +2, Sr +2, Fe +2, Mn +2 ) ve bazı anyonlardan (HCO3 -, SO4-2, Cl -, NO3 -, SiO3 2- ) kaynaklanmaktadır. Sabun, suda bulunan magnezyum ve kalsiyum iyonları tarafından çökeltilmektedir. Diğer çok değerlikli iyonlar da sabunun çökmesine neden olmaktadır ancak bu iyonlar genellikle organik bileşenler başta olmak üzere diğer bileşenlerle kompleks halindedirler. Bunların suda neden oldukları sertlik oldukça küçük ve miktar olarak belirtilmesi de oldukça zordur. Pratikte toplam sertlik kalsiyum ve magnezyum iyonları konsantrasyonlarının toplamı olarak ifade edilmekte ve birimi her bir litredeki miligram kalsiyum karbonat (mg/l CaCO3)olarak belirtilmektedir. Sertlik sayısal olarak karbonat ve bikarbonat alkalinitesi toplamından büyük olduğunda; toplam alkaliniteye eşdeğer olan sertlik miktarı karbonat sertliği, sertliğin geri kalan kısmı ise karbonat olmayan sertlik olarak tanımlanır. Sertlik, sayısal olarak karbonat ve bikarbonat alkalinitesi toplamına eşit veya daha küçük ise tüm sertlik karbonat sertliğidir ve karbonat olmayan sertlik değeri yoktur. Sertlik değeri sıfır ve yüzlerce mg/l gibi geniş bir aralıkta olabilir. Bu durum analiz edilen su kaynağının yapısına göre değişmektedir. Sular sertlik derecelerine göre aşağıdaki şekilde sıralanabilir; mg CaCO3 Sertlik /L Derecesi 0-75 Yumuşak Orta sertlikte Sert 300 ve üzeri Çok Sert SERTLİK ÇEŞİTLERİ Geçici Sertlik (Karbonat Sertliği) -Ca +2 ve Mg +2 bikarbonatlardan kaynaklanmakta ve kaynatma ile giderilebilmektedir. 33

34 Kaynatma işlemi reaksiyonu: Ca HCO3 - CaCO3 - + CO2 + H2O Sönmüş kireç ile yumuşatma reaksiyonu: Ca HCO3 - + Ca(OH) 2 2CaCO H2O Toplam Sertlik < Alkalinite Karbonat sertliği = Toplam sertlik Toplam Sertlik (TS)> Alkalinite Karbonat sertliği (KS) = Alkalinite Kalıcı Sertlik (Karbonat olamayan Sertlik) Cl -, NO3 -, SO4-2, PO4-3 iyonlarından kaynaklanır. Kaynatma ile giderilemez. Karbonat olmayan sertlik = Toplam sertlik - Karbonat sertliği Her iki sertlik toplam sertlik olarak adlandır. Yalancı (Pseudo) Sertlik - Na + katyonlarından kaynaklanır, özellikle deniz suyunda bulunur. SERT SULARIN DEZAVANTAJLARI; - Aşırı sabun tüketimi - Gıda sektöründe kullanımında gıda bozulmaları - Kumaşların ömrünü azaltma, yıpratma - Deride tahriş - Sıcak su boruları ve kazanlarda kireç birikimi ve taşlaşma - Porselenlerde, lavabo ve küvetlerin renginin gitmesi ANALİZ YÖNTEMLERİ Hesaplama Yöntemi Bu yöntem tüm sularda uygulanabilmekte ve kesin çözüm vermektedir. Ancak maliyetli olması ce zaman gerektirmesi nedeni ile çok fazla kullanılmamaktadır. Yöntemde su içinde sertliğe neden olan tüm iyonlar ayrı ayrı bulunur, konsantrasyonu ölçülür ve CaCO3 eşdeğeri olarak yazılması için uygun faktörü ile çarpılır ve hepsi toplanır. 34

35 EDTA Titrasyon Yöntemi Etilen diamin tetra asetik asit (EDTA) ve bunun sodyum tuzları metal katyonlarının bulunduğu çözeltiye ilave edildiği zaman çözünebilir halka kompleksi meydana gelir. Kalsiyum ve magnezyum iyonlarını içeren sulu çözeltiye ph 10 ± 1 civarında iken küçük miktarlarda Eriochrome Black T gibi boyar madde eklenirse çözelti şarap kırmızısı rengine döner. Bu çözelti EDTA ile titre edilirse, kalsiyum ve magnezyum iyonları EDTA ile kompleks oluşturur ve tüm kalsiyum ve magnezyum iyonları kompleks oluşturduğunda renk kırmızıdan maviye döner. Emniyetli son nokta için ortamda magnezyum iyonları bulunmalıdır. Bunu garantilemek için tampon olarak kompleksleştirici EDTA nın doğal magnezyum tuzu az miktarda kullanılır. Bu otomatik olarak yeterli magnezyumu gösterir ve şahit numune hazırlamayı gereksiz kılar. Dönüm noktasının kesinliği ph ile artar. Ancak kalsiyum karbonatın veya magnezyum hidroksitin çökmesi veya yüksek ph değerlerinde indikatörün renk değiştirmesi gibi tehlikelerden dolayı ph sınırsızca değiştirilemez. Bu metot için emniyetli ph değeri 10 ± 0,1 civarındadır. Ayrıca kalsiyum karbonat çökelmesinin engellenmesi için titrasyon 5 dakika içinde tamamlanmalıdır. Bazı metal iyonları dönüm noktasının belirlenmesinde engelleyici olabileceklerinden, titrasyona başlamadan önce tüm bu engelleyici iyonların etkisini giderici reaktifler eklenmelidir. Numune bulunun askıda veya kolloidal maddelerde de dönüm noktasında belirsizliklere neden olduklarından numune çeşitli işlemlerle bu maddeler giderilmelidir. Titrasyon için en uygun sıcaklık 20 C olup, bazı sıcaklıklar indikatörün ayrışması engellenebilmektedir. Titrasyonda çökelmelerin engellenmesi için ph değeri oldukça önemli olduğundan tampon çözeltiler kullanılmaktadır. Ca 2+ ve Mg 2+ içeren bir suya EDTA eklendiğinde EDTA bileşiği öncelikle kalsiyum ile birleşme eğilimindedir. ph magnezyumu hidroksit şeklinde çöktürecek kadar yeterli olduğunda indikatör direk olarak kalsiyumla reaksiyona girer ve EDTA yardımıyla su içerisinde bulunan kalsiyum rahatlıkla belirlenebilir. İndikatörlerin çoğu ph civarında tüm kalsiyum EDTA ile birleştiğinde renk değişimi oluşturur. EDTA titrasyon metodunda gerçekleşen reaksiyonlar aşağıdadır; M 2+ + EDTA [M-EDTA]kompleks Numunenin ph değeri 10 civarında olduğunda sertliği oluşturan katyonların az bir miktarı ile kırmızı renkte bir kompleks oluşturan Eriochrome Black T indikatöründen bir miktar eklenir; M 2+ + Eriochrome Black T (M Eriochrome Black T)kompleks kırmızı şarap renkli. 35

36 Bu karışım normalitesi bilinen EDTA ile titre edilirken M-EDTA kompleksi meydana gelir. Bu sırada renk dönmesi olmaz. Ancak serbest katyonlar bittikten sonra damlatılan EDTA çok zayıf olan M-Eriochcrome Black T kompleksini parçalayıp M 2+ leri kendine bağlayacağından renk Eriochrome Black T nin sulu çözeltilerdeki rengi olan maviye dönüşür. Bu dönme noktası, M 2+ katyonlarının EDTA tarafından bağlandığı noktadır. Buraya kadar sarfedilen EDTA dan sertlik hesabı yapılabilir. Edta Titrasyon Metodu İle Deney Düzeneği Kullanılan Kimyasallar - Tampon Çözeltisi: 1,179 gr EDTA disodyum tuzu ve 0,78 gr magnezyum sülfat (MgSO4.7H2O) [veya 0,644 gr magnezyum klorür (MgCl2.6H2O)] 50 ml distile suda çözülür. Karıştırarak üzerine 16,9 gr NH4Cl ve 143 ml konsantre NH4OH ilave edilir. Distile su ile 250 ml ye tamamlanır. - Standart EDTA çözeltisi (0,01M): 3,723 gr EDTA distile suda çözülerek 1000ml ye distile su ile tamamlanır. - Standart Kalsiyum Çözeltisi: 1gr susuz CaCO3 tozu 500 ml lik erlene konur. Bir huni yardımı ile CaCO3 çözünene kadar 1+1 HCl ilave edilir. 200 ml distile su eklenerek karbondioksitin buharlaşması için birkaç dakika kaynatılır. Soğutulur ve birkaç damla metil kırmızısı indikatörü eklenir ve 3N NH4OH veya 1+1 HCl eklenerek turuncu renk alması sağlanır. 1000ml ye distile su ile tamamlanır. Bu standart çözeltinin 1ml si 1mg CaCO3 a eşdeğerdir. - Eriochrome Black T İndikatörü: 0,5 g Eriochorome black T (Eriochorome-Schwartz T) ve 100 g NaCl bir havanda çok ince ezilerek karıştırılır. Bu katı indikatör karışımı uzun zaman dayanıklıdır. - Sodyum Hidroksit Çözeltisi (1N) - Müreksit Deneyin Yapılışı Toplam Sertlik: - 25 ml numune alınarak 50 ml ye seyreltilir. - 1 ml tampon çözeltisi ilave edilir (eklendikten 5 dk içinde titrasyon bitirilmelidir). - Spatül ucu ile toz indikatör numuneye eklenir (Kesin bir renk oluşmamış ise engelleyici ilavesi gereklidir veya indikatör bozulmuştur). - 0,01 M EDTA ile renk kırmızıdan maviye dönene kadar titre edilir. 36

37 Hesaplama: N1 x V1 = N2 x V2 bu formül aşağıdaki şekilde yazılırsa sonuç mg/l CaCO3 cinsinden hesaplanabilir; Sertlik mg/l CaCO3 = N 2 V 2 E A 1000 V 1 N1 : Numune normalitesi V1: Numune hacmi N2: Titrant normalitesi V2: Titrant hacmi EA: Kalsiyum Karbonatın (CaCO3) eş değer ağırlığı Bu hesaplamadan su numunesinin molaritesi bulunur ve mg/l CaCO3 olarak sertlik hesaplanır. Kalsiyum Sertliği: - 10 ml numuneye 50 ml saf su, 1-2 damla sodyum hidroksit eklenir - Spatül ucu ile müreksit ilave edilir ve karışıtırılır. - Renk pembeden leylak moruna dönene kadar EDTA ile titre edilir. - Sarfiyatlar kaydedilir ve hesaplamalar yapılır. Hesaplama: Kalsiyum Sertliği mg/l CaCO3 = N 2 V 2 E A 1000 V 1 Bu hesaplamadan su numunesinin molaritesi bulunur ve mg/l CaCO3 olarak kalsiyum sertliği hesaplanır. Sonuçlar meq/l ye de çevrilmelidir. Örnek Numune hacmini 50 ml olduğu sertlik deneyinde 0,01 M EDTA titrantından Eriochrome Black T indikatörü kullanıldığında sarfiyat 10 ml, müreksit kullanıldığında ise sarfiyat 6 ml dir. Numunenin toplam sertliğini (mg/l CaCO3 ve meq/l cinsinden), kalsiyum sertliğini (mg/l Ca +2,mg/L CaCO3 ve meq/l cinsinden), ve magnezyum sertliklerini (mg/l Mg +2, mg/l CaCO3 ve meq/l cinsinden) hesaplayınız. 37

38 Toplam Sertlik; N1 x V1 = N2 x V2 N=M x TD NEDTA = 0,01 x 2 NEDTA = 0,02 N Sertlik mg/l CaCO3 = N 2 V 2 E A 1000 V 1 = 0,02 x 10 x 50 x = 200 mg L CaCO 3 Sertlik meq/l =200mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 4meq/L Kalsiyum Sertliği; Sertlik mg/l CaCO3 = N 2 V 2 E A 1000 V 1 = 0,02 x 6 x 50 x = 120 mg L CaCO 3 Sertlik meq/l = 120mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 2,4meq/L mg L Ca+2 = 120x 20 = 48 mg/l Ca+2 50 Magnezyum Sertliği; = 80 mg/l CaCO3 Sertlik meq/l = 80mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 1,6 meq/l mg L Mg+2 = 80x 12 = 19,2 mg/l Mg

39 DENEY 7 SÜLFAT TAYİNİ Kükürt (S - ) bazı organik maddelerin yapısına da girebilen, onun dışında doğal dolanımda en çok inorganik halde yer alan bir elementtir. Sularda az miktarda kükürt bulunabilir. Sülfat (SO4 2- ) ise oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunabilir. Çünkü kayalardan çözeltiye geçen katyonlar genellikle sülfatlı bileşiklerdir. Tabiatta bulunan ağır metal sülfürleri atmosferik olayların etkisiyle kısmen oksitlenerek suda çözünebilen sülfatları oluşturular. Maden drenaj artıkları pirit oksidasyonu nedeniyle çevreye yüksek miktarda sülfat verebilmektedir. Ayrıca, kâğıt ve tekstil endüstrisinden deşarj yoluyla sulara karışabilir. Evsel su kaynaklarındaki sülfat miktarı yüksek konsantrasyonlarda bulunduğunda insanlar üstündeki müshil etkisinden dolayı çok önemlidir. Bu yüzden insan kullanımı göz önünde tutularak sularda üst limit değer olarak 250 mg/l tavsiye edilmektedir.evsel ve endüstriyel su kaynaklarındaki sülfat kazan ve ısıtıcılarda sert kabuklar oluşturmasından dolayı önemlidir. Sülfat tayin yöntemleri: 1- Gravimetrik Metot: BaCl2 ile SO4 2- asidik ortamda BaSO4 şeklinde çöktürülerek ağırlığından hesaplanır. 10 mg/l ve üzeri derişimlerde ölçüm için uygun bir metoddur. 2- Türbidimetrik Metot: Sülfat iyonları asidik ortamda BaCl2 ile BaSO4 oluşturacak şekilde kompleksleştirilir. Spektrofotometre ile 420 nm de ölçülen absorbans değerinden yararlanarak sülfat miktarı tayin edilir mg/l arasındaki derişimleri ölçebilen bir yöntemdir. 3- Kolorimetrik Metot: Metil timol mavisi yardımıyla yapılan bir yöntemdir. Kısa süre içinde daha fazla örneğin ölçümünün yapılabilmesi için tercih edilen bir yöntemdir. 1- İyon kromatografisi ve Kapiller İyon Elektroforezi: 0,1 mg/l gibi düşük değerleri ölçebilmesiyle sülfat tayininde kullanılan metodlardandırlar. Bu deneyde sülfat tayini türbidimetrik (bulanıklık ölçüm) yöntem kullanılarak yapılacaktır. SO4 2-, sülfat iyonları, BaCl2 içeren asetik asit ortamında üniform boyutlarda BaSO4 kristalleri oluşturmak için çöktürülecektir. Süspanse haldeki BaSO4 ın ışık absorbans değerleri ölçülür ve bir standart eğri üzerinden SO4 2- konsantrasyonları karşılaştırmalı olarak tespit edilir. Bu yöntemle minimum 1 mg SO4 2- /L değeri tespit edilebilmektedir. 39

40 Kullanılan Kimyasallar Tampon çözeltisi: 30 g magnezyum klorür (MgCl2.6H2O), 5 g sodyum asetat (CH3COONa.3H2O), 1 g potasyum nitrat (KNO3) ve 20 ml asetik asit (CH3COOH) (% 99'luk) 500 ml distile suda çözülür ve distile su ile 1 litreye tamamlanır. Baryum Klorür: mesh'lik kristal Baryum klorür. Standart Sülfat Çözeltisi: 0,1479 g Na2SO4 bir miktar distile su içerisinde çözülür ve distile su ile 1 litreye tamamlanır. Bu çözeltinin 1 ml'si 0,1 mg SO4 2- ihtiva eder. (100 ppm) Kalibrasyon Çözeltileri : Standard sülfat çözeltisi kullanılarak 5, 10, 20,30 ve 40 mg/l SO4 2- içerecek şekilde çözeltiler hazırlanır. Kullanılan Cihaz ve Gereçler 1. Spektrofotometre 2. Kronometre 3. Manyetik karıştırıcı 4. Spatül 5. Balon joje, 100 ml'lik 6. Pipet Deneyin Yapılışı Kalibrasyon Eğrisinin Hazırlanması : Önceden hazırlanan kalibrasyon çözeltilerine aşağıdaki işlemler uygulanır. Baryum Sülfat Bulanıklığının Oluşturulması : 10 ml kalibrasyon çözeltisi 100 ml lik erlene alınır. Üzerine 2 ml tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karışma işlemi devam ederken bir spatül dolusu BaCl2 eklenir ve 60 saniye daha karıştırma işlemi devam ettirilir. Baryum Sülfat Bulanıklığının Ölçülmesi : Karıştırma işlemi sona erdiğinde kalibrasyon çözeltileri küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır. Kalibrasyon Eğrisinin Çizimi : Kalibrasyon çözeltileri ile yapılan ölçüm değerleri x ekseninde derişim (mg/l) değerleri ve y ekseninde absorbans (abs.) değerleri olacak şekilde grafiğe geçirilir. 40

41 Derişimi Bilinmeyen Örneğin Ölçümü : Örnek için iki ölçüm yapılır. Birinci ölçümde 10 ml örnek alınarak 100 ml lik erlene eklenir. Üzerine 2 ml tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karıştırma işlemi sona erdiğinde örnek küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır. İkinci ölçümde ise 10 ml örnek alınarak 100 ml lik erlene eklenir. Üzerine 2 ml tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karışma işlemi devam ederken spatül ile BaCl2 eklenir ve 60 saniye daha karıştırma işlemi devam ettirilir. Karıştırma işlemi sona erdiğinde örnek küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır. Hesaplamalar Öncelikle absorbans değerleri y ekseninde, derişim değerleri x ekseninde olacak şekilde bir (Abs. - Derişim) kalibrasyon eğrisi çizilir. Örnek için okunan değer abs. (y) ekseninde belirlenerek bu noktadan çizilen eğriye bir doğru çizilir. Bu doğrunun eğriyi kestiği noktadan ise mg/l (x) eksenine dik bir doğru çizilerek okunan absorbansa karşılık gelen mg/l değeri belirlenir. Derişim okuma işlemi ölçülen her iki örnek içinde gerçekleştirilir. Daha sonra aşağıdaki denklem kullanılarak örneğin SO4 2- derişimi hesaplanır. C 2 SO4 = B 2 SO4 A 2 SO4 Burada; C 2 SO4 : Örneğin SO4 2- derişimi (mg/l) B 2 SO4 : Örneğin ikinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO4 2- değeri (mg/l) A 2 SO4 : Örneğin birinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO4 2- değeri (mg/l) 41

42 DENEY 8 KLORÜR TAYİNİ Klorür (Cl - ), tüm tabii ve kullanılmış sularda çok yaygın bir şekilde bulunan bir iyondur. Yeraltı sularına çözünme yolu ile ya da tuzlu su-tatlı su girişimleri sonucu katılabilir. Eğer sudaki klorür içeriği NaCl tuzundan ileri geliyorsa, 250 mg/l klorür konsantrasyonu suda belirgin bir tuzluluk tadı oluşturmaya yeterlidir. Eğer klorür konsantrasyonu CaCl2 ve MgCl2 tuzlarından kaynaklanıyorsa 1000 mg/l gibi büyük bir konsantrasyonda bile suda tuzlu bir tad oluşturmaz. Kullanılmış sulardaki klorür içeriği, içme sularına nazaran çok daha fazladır. Çünkü insan diyetinin temel maddelerinden olan tuz (NaCl) dışkı ve idrar vasıtasıyla atılır. İnsan üresi ile birlikte günde kişi başına 6 g kadar klorür atılmaktadır. Yüksek oranda klorür içeren sular metalik borulara ve yapılara zararlıdır. Dağlık alanlardaki su kaynakları çok düşük klorür konsantrasyonları içermektedir. Buna karşılık nehir ve yeraltı su kaynakları belli miktarlarda klorür konsantrasyonu içerir. Deniz ve okyanusların klorür seviyesi ise oldukça yüksektir. Doğal sularda klorür konsantrasyonu 5 ppm'i geçmezken deniz suyunda ppm klorür bulunabilir. Klorür çevre mühendisliği araştırmalarında birçok alanda izleyici olarak kullanılır. Klorürün tayini için 4 yöntem geliştirilmiştir. 1-Arjantometrik Yöntem: Nispeten temiz ve klorür içeriği 0,15 ile 10 mg/l arasında olan numuneler için uygundur. 2-Civa Nitrat Yöntemi: Titrasyon dönüm noktası kolayca gözlenen basit bir yöntemdir. 3-Potansiyometrik Yöntem: Renkli ve bulanık atıksu numunelerindeki klorürü tayin için kullanılır. 4-Ferrisiyanid Yöntemi: Otomatize edilmiş bir klorür tayin yöntemidir ve birçok laboratuarda rutin analiz yöntemi olarak kullanılmaktadır. Arjantometrik Yöntem Nötr veya hafif alkali bir çözeltide, klorürün gümüş nitrat (AgNO3) ile titrasyonunun dönüm noktası potasyum kromat (K2CrO4) ile belirlenebilir. Titrasyon sırasında kırmızı gümüş kromat oluşmadan önce gümüş klorür çökelir. 42

43 Bir başka ifadeyle; Cl -, Ag + ve CrO4 2- iyonları beraber bulunduğunda Önce AgCl bileşiği çöker, beyaz renktedir. Cl - iyonlarının tükendiği noktada, Ag2CrO4 çöker, turuncu-kırmızı renktedir. Kullanılan Kimyasallar ve Malzemeler Distile Su Potasyum Kromat İndikatör Çözeltisi (K2CrO4): 50 g potasyum kromat bir miktar distile suda çözülür. Belirli bir kırmızı çökelek oluşuncaya kadar gümüş nitrat (AgNO3) çözeltisi ilave edilir. 12 saat bekletilir. Çözelti daha sonra filtrelenir ve distile su ile litreye tamamlanır. Standart Gümüş Nitrat (AgNO3) Titrantı 0,0141 N: 2,395 g gümüş nitrat (AgNO3) distile suda çözülür ve distile suyla 1 litreye tamamlanır. Kahverengi şişede saklanır ( 1 ml = 500 g Cl - ). Erlen, 250 ml Büret, 50 ml Deneyin Yapılışı 100 ml numune erlene alınır. ph değeri 7-10 civarında olan numuneler doğrudan titre edilir. ph'ları bu aralıkta olmayan numunelerin ph'ları NaOH veya H2SO4 ile ayarlanmalıdır. Numuneye 1 ml K2CrO4 indikatör çözeltisi ilave edilir. Standart AgNO3 çözeltisi ile pembemsi-sarı renkli dönüm noktasına kadar titre edilir. Şahit numune ile aynı titrasyon işlemi tekrarlanır. Şahit için olan AgNO3 sarfiyatı genellikle 0,2-0,3 ml kadardır. Hesaplamalar Klorür (Cl - ) mg /L = (V AgNO3 V B ) N Numune hacmi (ml) VAgNO3 = Numune için harcanan gümüş nitrat, ml VB = Şahit için harcanan gümüş nitrat, ml N = Gümüş nitrat çözeltisinin normalitesi 43

44 DENEY 9 RENK ve BULANIKLIK TAYİNİ Renk Sulardaki renk, suda bulunan doğal metalik iyonların (demir ve mangan), humus, plankton, bitkiler ve endüstriyel atıklardan kaynaklanabilmektedir. Genel veya endüstriyel kullanım amaçlı, sulardaki renk giderilebilmektedir. Renkli endüstriyel atıksularda deşarj öncesinde mutlaka renk giderilmelidir. Bazı sanayilerin atıksularında bulunan kolloidal ve askıda maddeler o suyun rengini büyük ölçüde etkilemektedir. Gerçek Renk: Atıksuda bulanıklık giderildikten sonra hala var olan renktir. Zahiri Renk: Sadece renge sebep olan değil tüm askıda maddelerin oluşturduğu, filtrasyon veya santrifüj yapılmadan görülen renktir. Tüm durumlarda gerçek ve zahiri renk hesaplanmalıdır. Renk, belirli bir dalga boyundaki ışığın çarptığı cisim tarafından soğurulması veya yansıtılması sonucu göze gelen kısmının algılanmasıdır. Doğal bileşiklerden dolayı sularda oluşan renk, suya zararlı veya toksik özellikler vermez. Doğal renk içeren sular sarıkahverengi görünümdedir. Doğal sularda renk ölçümü için potasyum kloroplatinat (K2PtCl6) stok çözeltisinden hazırlanan standart serisi kullanılır. Dalga boyu (λ): ışığın (foton parçacığı) ilerlerken yaptığı hareket olarak açıklanır ve aşağıdaki şekildeki gibidir. İnsan gözünün görebildiği dalga boyu aralığı ise 380 nm ile 800 nm arasındadır ve bu aralığa görünür bölge denir. Görünür bölge ışıması Renk olarak tanımlanır. Foton parçacığının dalga boyu aralığı aşağıdaki şekilde verilmiştir. Şekil 9.1 Foton parçacığının dalga boyu aralığı 44

45 Frekans: Bir foton parçacığının 1 saniyede yaptığı dalga boyu devir sayısıdır. Bir fotonun frekansı arttıkça (dalga boyu azaldıkça) enerjisi artar. Sudaki Rengin Dezavantajları: - Estetik açıdan uygun değildir, tercih edilmez - Alıcı ortamlara verilen boyalı sular biyolojik girişimlere, ışığa, sıcaklığa ve oksidasyona direnç gösterir - Renk biyolojik olarak parçalanamaz ve canlılar üzerinde toksik etkide bulunur - Giderilme yöntemleri oldukça maliyetlidir ANALİZ YÖNTEMLERİ Gözle Mukayese Bir suyun renkli olduğunu anlamak için bulanıklığının giderilmesi gerekmektedir. Atıksularda renk ölçümü görsel olarak, bilinen bir derişimde renge sahip bir su numunesiyle karşılaştırılarak yapılabilir. Karşılaştırma işlemi aynı zamanda bu işlem için özel olarak geliştirilmiş renkli cam diskler kullanılarak da yapılabilir. Spektrofotometre ile Ölçüm Cihaz kullanılarak yapılan renk ölçümleri ise spektrofotometre adı verilen belirli bir dalga boyunda geçen ışığın şiddetini ölçen aletlerle yapılır. Bu cihazlar belirli kalibrasyon çözeltilerini baz alarak hazırlanan ve hafızasına kaydettiği kalibrasyon eğrisi ile örnek numuneden geçen ışığın miktarını oranlayarak sonuç verirler. Spektrofotometre yardımıyla renk ölçümü, absorbans ya da tutulan ışığın fiziksel rengi demektir. SPEKTROFOTOMETRE ÖLÇÜMÜ İLE DENEY DÜZENEĞİ Kullanılan Araç ve Gereçler - Spektrofotometre - Küvet Kullanılan Kimyasallar - Distile Su - Atık su - Kalibrasyon Çözeltileri (5, 3, 2, 1, 0.1 ppm metilen mavisi) 45

46 Girişimler - Bulanıklık; Analiz öncesi filtre veya santrifüj ile giderilmelidir. - Değişen ph, rengin değişmesine neden olur. Ölçülen rengin yanına ph değeri de kaydedilmelidir. Deneyin Yapılışı - Spektrofotometre cihazında renk taraması yapılır ve en uygun dalga boyu belirlenir. - Cihaz, yapılan tarama sonucunda elde edilen dalga boyuna (bu deneyde kullanılacak olan metilen mavisi için 650 nm bulunmuştur) ayarlanır. - Kalibrasyon çözeltileri düşük derişimden büyük derişime doğru cihaza okutularak kalibrasyon eğrisi hazırlanır. - Atıksu numunesi küvetin içinde hava kabarcığı kalmayacak şekilde küvete konur - Spektrofotometreye yerleştirilmeden önce küvetin etrafı parmak izi kalmayacak şekilde silinir. - Küvet cihaza yerleştirilerek renk ölçümü gerçekleştirilir. - Eğer ölçülen numunenin absorbansı, kalibrasyon eğrisinin en büyük değerinden yüksekse cihaz over range (ölçüm aralığından yüksek) uyarısı verir. Bu nedenle numuneye yeterli derecede seyreltme uygulanır ve yeniden ölçüm gerçekleştirilir. Hesaplamalar yapılırken seyreltme oranı göz önünde bulundurulmalıdır. Bulanıklık Bulanıklık suda bulunan askıda katı maddelerin ışığın geçişini engellemesi olarak tanımlanır. Bulanıklığa kil, silis, organik maddeler, inorganik maddeler ve mikroorganizmalar gibi suda askıda kalabilen maddeler neden olur. Bu maddeler koloidal büyüklüğünden, iri taneciklere kadar değişik tane büyüklüğünde olabilir. Nehir sularında bulanıklık çoğunlukla yüksektir. Bunun asıl nedeni ise yağmur sonucu nehre taşınan topraktır. Göllerde ve diğer durgun sularda bulanıklık koloidal haldeki maddelerden dolayı olmaktadır. Ayrıca göller, evsel veya endüstriyel atıksular karışması sonucu organik kirliliğin nüfuz etmesi ve organik madde kullanımı sonucu hızla artan bakterilerin bulanıklığı artırması sonucu yüksek bulanıklık değerlerine ulaşabilirler. Bulanıklık ölçümü temel olarak, numuneye gelen ışığın bulanıklık tarafından kırılması, yansıması, absorblanması veya dağılması prensibine dayanır. 46

47 Bulanıklığın ölçüsü, 1 litre suda çözülen 1 mg SiO 2 nin suya 1 bulanıklık birimi vermesi olarak tanımlanır. 1 bulanıklık birimi = 1 mg SiO2 /L Bulanıklığın İçme Suları için Dezavantajları - Estetik Görüntü: İçme ve kullanma sularının bulanıklık içermesi kullanışlılığını azaltır. Bulanıklığın sularda bulunması suya herhangi bir kirliliğin karıştığı kaygısını yaratır. Kullanıcılar sularının berrak görüntüde olmasını isterler. - Filtre Edilebilirlik: Sudaki bulanıklık ne kadar fazla olursa suyun filtre edilebilmesi o kadar güçleşir. Buna ek olarak bulanıklığın yüksek olması filtre işlemi maliyetlerini artırır. - Dezenfeksiyon: Bulanıklık, mikroorganizmaların dezenfektan ile temas olasılığını düşüreceği için uygulanan dezenfeksiyon işleminin verimini düşürür. Bunun sonucu olarak istenilen dezenfeksiyon koşullarının sağlanması için daha fazla dezenfektan harcanmasına ve maliyetlerin artmasına neden olur. ANALİZ YÖNTEMLERİ Geçmişte, bulanıklığın standart ölçüm metodu Jackson mum türbidimetresine dayalı yapılırdı. Fakat bu ölçüm yöntemi ancak 25 Jackson Turbidity Unit (JTU) üstünde ölçüm yapabildiği için günümüz suları için pek kullanışlı değildir. Günümüz kullanım suları 0 1 birim arasında bulanıklık içerdiği için yeni yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden en çok kullanılanı enstrümantal (cihazla ölçüm) bir yöntem olan elektronik nefelometrelerdir. Bu cihazların çalışma prensibi tek yönde gönderilen ışığın suda bulunan bulanıklıktan geçtikten sonra kalan kısmının ölçülmesi ve standart çözeltilerle karşılaştırılmasına dayanmaktadır. Enstrümantal ölçüm sonucu elde edilen bulanıklık değerleri Nephelometric Turbidity Unit [NTU] olarak ifade edilir. Bulanıklık değerleri NTU birimi ile belirlenmiş olmasına karşın TS 266 da JTU (Jackson Turbidity Unit) ya da buna eşdeğer olan mg/l SiO 2 birimleri ile ifade edilmiştir. İller Bankası Laboratuarında yapılan bir çalışmada yaklaşık ; 1 NTU = 2,5 JTU = 2,5 mg/l SiO2 oranı saptanmıştır. 47

48 Şekil 9.2 Bulanıklık ölçümü Enstrümantal Yöntem ile Deneyin Yapılışı Kullanılan Araç ve Gereçler - Bulanıklık Ölçer Cihazı - Küvet Kullanılan Kimyasallar - Distile Su - Atık su - Kalibrasyon Çözeltileri Deneyin Yapılışı - Kalibrasyon çözeltileri kullanılarak cihazın kalibrasyonu gerçekleştirilir. - Atıksu numunesi küvetin içinde hava kabarcığı kalmayacak şekilde küvete konur ve bulanıklık ölçere yerleştirilmeden önce küvetin etrafı parmak izi kalmayacak şekilde silinir. - Küvet cihaza yerleştirilerek bulanıklık ölçümü gerçekleştirilir. - Eğer ölçülen numunenin bulanıklığı, bulanıklık ölçer cihazının ölçüm değerinin üstündeyse numuneye yeterli derecede seyreltme uygulanır ve yeniden ölçüm gerçekleştirilir. - Hesaplamalar yapılırken seyreltme oranı göz önünde bulundurulmalıdır. 48

49 DENEY 10 ALEV FOTOMETRESİ İLE SODYUM VE POTASYUM TAYİNİ Sodyum canlı hayatında yapı taşı olarak bilinen elementlerden biridir. Sodyumun dünya üzerindeki dağılımı yer kabuğunda % 2,5, toprakta % 0,02 0,62 arasında, akarsularda 6,3 mg/l ve yer altı sularında > 5 mg/l şeklindedir. Doğada silikat ya da sodyum tuzu şeklinde bulunmaktadır. Sodyumlu birleşikler kostik soda, tuz, gübre veya su arıtım kimyasalı şeklinde kullanılırlar. Sodyumun zararlı etkileri arasında, yüksek oranlarda toprağın geçirgenliğini etkilemesi vardır. İnsanlarda kardiyak (kalp) sorunlarına neden olabilir. İçme sularındaki derişimi 2 3 mg/l olması tavsiye edilir. Sodyum gibi potasyumda (K + ) bitki ve insan beslenmesinde ana elementlerden biridir. Yer altı sularında mineral çözünmesi sonucu ve zirai gübreleme sonucu, toprakta ise canlıların çürümesi, tuzlar ve yine zirai gübreleme ile besin döngüsüne katılır. Fazla sodyum alınması kalp ve böbreklere zarar vererek insan sağlığına etki eder. Günümüzde daha çok alev atomik emisyon spektrofotometresi olarak isimlendirilen alev fotometresi nispeten eski aletsel analiz yöntemlerinden biridir. Analitik yöntem olarak, atomik emisyon, çözeltideki eser metal iyonlarının belirlenmesi için hızlı, basit ve duyarlı bir yöntemdir. Alev plasmadaki gaz-faz atomlarından yayılan emisyon (ışıma) kendine özgü doğasından dolayı, bu yöntem diğer ölçümü bozacak dış etkenlerden (girişim) çok fazla etkilenmez. Analiz sonucunu etkileyecek büyüklükte girişim yapan madde yoksa sulu çözeltilerde metalin analizi için Alev fotometresi ile yapılan ölçümler % ±1-5 hassasiyete sahiptir. Yöntem birçok metalik element için uygundur. Özellikle, Na +, K +, Ca 2+, ve Ba 2+ gibi alevin nispeten düşük sıcaklıklarında kolaylıkla ışıma yapabilen yüksek enerji seviyelerine sahip metallik elementler için uygundur. Metal özelliği göstermeyen elementler alev fotometresinde belirlenemezler. Alev fotometrisi kesin sonuçlardan çok o andaki deneysel şartlara bağlı olarak elde edilmiş değerler verir. Yani, elde edilen değerlerin doğruluğunda aletin kalibrasyonun iyi yapılmış olması temeldir. Çok farklı deneysel değişkenler alevden yayılan ışığın yoğunluğunu etkiler. Bu yüzden, doğru sonuçlar elde edebilmek için kalibrasyon çözeltilerin dikkatli hazırlanması ve aletin kalibrasyonun da dikkatlice ve sıklıkla yapılması önerilir. Aşağıdaki şekilde bir alev emisyon fotometresi görülmektedir. 49

50 Alev Emisyon Fotometresi Alev fotometresi (flame fotometer) ile ölçüm Alev üzerine çözelti çok küçük damlacıklar halinde (sis şeklinde) püskürtülür. Alevin ısı etkisiyle, çözeltideki madde atomlarının elektronları uyarılır ve bu şekilde daha üst bir enerji seviyesine çıkar. Kararsız olan bu elektronlar, kararlı hale gelmek için eski enerji düzeylerine dönerken aradaki enerji farkını kendi atom numaralarına özgü dalga boyunda ışık olarak dışarı salarlar. Bu ışık, çözeltideki madde konsantrasyonuyla orantılıdır ve alev fotometresinde filtreler yardımıyla ölçülür. 50