Koklamayı böyle yapınız.

Transkript

1

2 ĠÇĠNDEKĠLER NO DENEY ADI SAYFA 1 Maddelerim Kimyasal Ve Fiziksel özellikleriyle Tanınması 15 2 Çözeltilerin Hazırlanması 25 3 Avagadro Sayısı,Mol kavramı ve Mg un Atom Ağırlığının Tayini 33 4 Stokiyometri I 39 5 Bir Hidrattaki Su mikarının Tayini 44 6 Uçucu bir Sıvının Molekül Kütlesinin Belirlenmesi 46 7 Gazların Difüzyonu 49 8 Damıtma(Destilasyon) ve Su Buharı Destilasyonu 51 9 Donma Noktası Alçalması Çözünürlük ve Saflaştırma Reaksiyon Hızı ve Hız sabitinin Belirlenmesi Kataliz I Kimyasal Denge I Asidimetrik Titrasyon ve Bilinmeyen bir asitin Mol Kütlesinin Tayini Tampon Çözeltilerin Hazırlanması Alev emisyonu Amfoterlik İndirgenme-Yükseltgenme Reaksiyonları Elektrokimyasal Hücreler Uçucu bir Sıvının Mol Kütlesinin(M A ) Belirlenmesi II Kataliz II Bir Maddenin En Basit Formülünün Bulunması Stokiyometri II Süblimleşme ve Erime Noktası Tayini Kimyasal Denge II Eşdeğer Ağırlık Tayini Diazonyum Tuzu Eldesi Ester Sentezi(İzoamil Asetat) Salisilik Asit ile Asetik Asitin Esterleşmesi(Aspirin Sentezi) Ester hidrolizi 133 2

3 3

4 Koklamayı böyle yapınız. 4

5 5

6 6

7 LABORATUARDA UYULMASI GEREKEN KURALLAR 1. Laboratuarda çalışırken önlük,gözlük,eldiven ve maske gibi koruyucu ekipmanlar kullanılmalıdır. 2. Kesinlikle asit üzerine su dökmeyiniz. Daima asidi su üzerine yavaşça ekleyiniz. 3. Asla kırık veya çatlak cam kapları kullanmayınız. 4. Sıvı maddeleri, pipete almak için daima özel alet (puar) kullanınız kesinlikle ağzınızla çekmeyiniz. 5. Isıttığınız cam ve porselen malzemeleri elinizle tutmayınız; bunlar için tüp maşası veya pota pensi kullanınız. 6. Kimyasalların neden olduğu gaz ve kokuları solumayınız. Eğer bir koku fark edilmiş ise, laboratuarı havalandırınız ve oradan uzaklaşınız. 7. Güvenlik konusunda her zaman bilinçli davranınız. Laboratuar faaliyetlerinde kazalara karşı dikkatli tedbirli ve olası kazalarda müdahale edebilecek düzeyde ilkyardım bilgisine sahip olmak. 8. Kimyasal maddelerin çoğunun zehirli ve yakıcı özelliğe sahip olmasından dolayı deriye temas ettirilmemeye özen gösterilmeli, elle dokunulmamalı, maddelerin tadına bakılmamalı, kimyasalların bulunduğu kapların ağzı açık bırakılmamalı, aktarma işlemi esnasında etrafa saçılmamasına dikkat edilmeli ve bu işlem sırasında mümkün olduğunca çeker ocaklar kullanılmalıdır. Eğer kimyasalın kokusuna bakılması gerekiyorsa direkt buruna yaklaştırılarak değil elle yelpaze edilerek koklanmalıdır.sıvı kimyasal şişelerine pipet sokulmamalı, gerekli miktar temiz bir behere veya mezüre alınarak buradan pipetle alınmalıdır 9. Sadece deney tüpü, kroze, beher ve buharlaştırma tavası gibi belirli cam malzemeler ısıtılabilir. Dereceli silindir ve saat camı kesinlikle ısıtılmamalı ve termometre aleve tutulmamalıdır. Termometreler ısıtılmış sıvılara, gazlara veya katılara alevle yakın temasa gelmeyecek şekilde yerleştirilmelidir. 10. Cam borular mantar tıpalara geçirilirken önce vazelinlenmelidir. Borunun kırılma ihtimaline karşıcam boru bir bezle sarılmalı ve döndürülerek tıpaya yerleştirilmelidir. 11. Asitin bulaştığı bölge bol su ile iyice yıkanarak temizlenmeli, yıkama sırasında diğer bölgelere yayılmamasına da dikkat edilmelidir. 12. Çalışmanın bitiminde, kullandığınız her türlü malzemeyi yerlerine koymayı unutmayınız. 13. Deney bitiminde, kullanılan tüm malzemeler güzel bir şekilde yıkanıp kurutularak yerine koyulup çalışılan masalar temizlenmelidir. 7

8 TEHLĠKE ĠKAZ VE ĠġARETLERĠ RADYOAKTĠF GERĠ DÖNÜġÜMLÜ 8

9 Sıcak Yüzey Yüksek voltaj LABORATUARDA OLUġABĠLECEK KAZALAR VE ĠLK YARDIM UYGULAMALARI Alkali ve Asitlerin Yutulmasın Halinde Ġlk Yardım Asetik asit, hidroklorik asit, fosforik asit ve sülfürik asit yutulduğu kişi baygınsa ağızdan hiç bir şey verilmemelidir. Eğer ayıksa ağız bol çeşme suyu ile çalkalanmalıdır. Eğer bu mümkün değilse olabildiğince fazla su verilmeli, en yakın sağlık kuruluşuna nakli sağlanmalıdır. Hidroklorik asit yutulmasında da kusmaya izin verilmemeli, bol su verilmelidir. Yaralı yüzükoyun 9

10 uzatılmalı, hareket ettirilmemelidir. Kromik asit ve dikromatların yutulmasında acilen sodyum bikarbonat çözeltisi verilmeli, yara sıcak tutulmalı ve bir sağlık kuruluşuna haber verilmelidir. Alkalilerin yutulması durumunda ise limon suyu veya sirke karıştırılmış bolca su verilmeli hemen bir sağlık kuruluşuna gidilmelidir Klorlu BileĢenlere Maruz Kalınması Durumunda Ġlk Yardım Amonyum klorür, demir klorürün deri ile temasında iyice yıkanmalı, yutulmasında ise kusturulmalı ve bol miktarda su verilmelidir. En yakın sağlık kuruluşunda sağlık yardımı alınmalıdır. Antimon klorür, nikel klorür, kalay klorür, kadmiyum klorür'ün deri ile temasında iyice yıkanmalı ve lanolin merhem sürülmelidir. Yutulması halinde ise bol su verilmeli ve sağlık kuruluşuna başvurulmalıdır. Nitratlara Maruz Kalınması Durumunda Ġlk Yardım Potasyum nitrat, civa nitratın deri ile temasında iyice yıkanmalı. Yutulması durumunda hemen bolca suyla karıştırılmış sodyum bikarbonat verilmelidir. Gümüş nitratın deri ile temasında tuzlu su ile yıkanmalı ve tahriş olan yerlere uygulanmalıdır. Yutulmasında ise, bir bardak suya üç yemek kaşığı tuz ekleyip çözdükten sonra bu karışım verilip kusturulmalı ve sağlık kuruluşuna başvurulmalıdır. Sülfatlara Maruz Kalınması Durumunda Ġlk Yardım Alüminyum, amonyum, kobalt, bakır, magnezyum, nikel, potasyum, sodyum, çinko, kadmiyum ve sülfatın deri ile temasında iyice yıkanmalı, bunların yutulmasında ise bolca su verilmeli ve bir sağlık kuruluşuna başvurulmalıdır Elektrik ġokunda Ġlk Yardım Kazazede elektrikle yüklü olduğundan yaklaşmadan önce ana kaynaktan akım kesilmeli veya fiş prizden çıkarılmalıdır. Bu yapılamıyorsa lastik çizme ya da eldivenle ya da kuru bir önlük üzerine basarak kazazedeye yaklaşılmalıdır. Elektrik cereyanı ile temas kesildikten sonra temiz havada suni teneffüs yaptırılmalı ve en yakın hastaneye götürülmelidir. Yangın Yangın laboratuarlarda en çok rastlanan kazaların başında gelir. 1. Organik maddelerin çoğunun çıplak alevden etkilenerek yanacağı unutulmamalı. 2. Her deney kendine özgü bir dikkat ve titizlik içinde yürütülmeli. 3. Aseton, dietileter, etil alkol ve benzen gibi yanıcı çözücülerle çalışılıyorsa yakın bölgede alev bulundurulmamalı. Bu gibi çözücüleri ısıtırken, özellikle su banyosu veya elektrikli 10

11 ısıtıcı kullanılmalı. Bu çözücülerin uzaklaştırılması buharlaştırma ile değil damıtılarak yapılmalıdır. Yangın çıktığında yapılması gerekenler Ģunlardır: 1. Gaz muslukları kapatılmalı ve çevredeki bütün yanıcı maddeler uzaklaştırılmalı. 2. Yangın söndürmek için hiçbir zaman su kullanılmamalı. 3. Yangın çıktığında kullanılması gereken ilk söndürücü karbondioksitli yangın söndürme tüpleridir. Bu tüpler üstteki vananın gevşetilmesi ile çalışır. Karbondioksit çıkış borusunun ağaç kısmı tutularak çıkan gaz yanan cisme gönderilir. Bu yangın söndürücüler her kullanımdan sonra mutlaka doldurularak eski yerlerine konmalı. 4. Yangın yukarıdaki işlemlerle kontrol edilemiyorsa acilen itfaiyeye haber verilmeli. Laboratuarlarda oluģabilecek yanıklara aģağıdaki müdahaleler yapılmalıdır: 1. Alev veya sıcak bir cisme dokunma ile olan yanıklar önce alkol ile yıkanıp daha sonra vazelin veya yanık merhemi sürülerek üstü açık bırakılmalı. 2. Asitlerin teması ile olan yanıklar önce bol su ile daha sonra doymuş sodyum bikarbonat çözeltisi ile ve tekrar su ile yıkanmalı. Yanığın vücutta olması halinde yanık yere bir yanık merhemi veya bol vazelin sürülür ya da %1 lik sodyum karbonat çözeltisine batırılmış bir sargı bezi ile sarılır. Asit elbise üzerine dökülmüş ise önce %1 lik sodyum karbonat çözeltisi sonra bol su ile yıkanmalı. 3. Alkalilerin teması ile olan yanıklar yanan yer önce bol su ile daha sonra %1 lik asetik asit veya limon suyu ya da seyreltilmiş (%1 lik) sitrik asit çözeltisi ile yıkanarak mevcut baz nötrleştirilmeli. Baz zararsız duruma getirildikten yanan yer tekrar bol su ile yıkanmalı. 4. Bromun sebep olduğu yanıklar önce petrol eteri ile yıkanmalı, sonra gliserinli pamuk ile yanan yer iyice silinmelidir. Brom yanıkları için diğer bir uygulama ise bromdan zarar görmüş yerin önce bol su ve seyreltik amonyak çözeltisi veya %1 lik sodyum tiyosülfat çözeltisi ile sonra tekrar bol su ile yıkayarak merhem sürülmesi şeklinde yapılan bir uygulamadır. 5. Bu ilk yardımlardan sonra tıbbi müdahale yapılması gerektiği unutulmamalıdır. Ağzı açık tüp veya balon içinde kimyasal bir tepkime sürerken üstten bakmamalı, tehlikeli deneylerde mümkünse laboratuar gözlüğü kullanılmalıdır. 11

12 Göz yanıklarında ise tıbbi yardım Ģarttır. Bu yardım sağlanana kadar yapılacak ilk yardımlar Ģunlardır: 1. Asitlerin ve bromun göze sıçraması durumunda göz kapağı açılarak göz bol su ile yıkanır ve sonra %1 lik sodyum bikarbonat çözeltisi ile göz banyosu yapılır. 2. Alkalilerin göze sıçraması halinde ise yine aynı şekilde su ile yıkandıktan sonra %1 lik borik asit çözeltisi ile göz banyosu yapılır. 3. Ağız yanıklarında, ağız bol su ile çalkalanıp yıkanmalı fakat yutulmamalıdır. 4. Eğer kimyasal madde yutulmuş ise, bol su içilerek seyreltilmesi sağlanmalı ve en kısa zamanda tıbbi müdahale için hekime başvurulmalıdır. Kesikler Laboratuarda kesikler genellikle cam boru ve termometrelerin bir mantara takılması ya da çıkarılması sırasında meydana gelir. Bu gibi işlemlerde çok dikkatli olunmalı ve cam boru ve termometre, vazelin, gliserin veya sabunlu su ile yağlandıktan sonra yapılması gereken işlem yapılmalıdır. Kesilen yerde önce eğer varsa içinden cam parçaları çıkarılmalı sonra su veya hidrojen peroksitli su ile yıkanarak sülfopiridin tozu veya bir antiseptik ile sarılmalıdır. Kesik hafif ise kanın birkaç saniye akmasına müsaade edilir. Fazla kan kaybı görülen kesiklerde ise kanayan yerin biraz yukarısı bir bez ile sarılarak kan durdurulmalı ve hemen hekime başvurulmalıdır. Zehirlenmeler Zehirlenmelerin olmaması için zehirli gazlarla veya bunların çıktığı tepkimelerle çalışırken mutlaka çok iyi bir çeker ocak kullanılmalıdır. Buna rağmen zehirlenme olmuşsa tıbbi yardım zorunludur ve bu yardım sağlanıncaya kadar kazaya uğrayan kişi açık havaya çıkarılarak bol oksijen alması sağlanır. Solunumun durması halinde suni solunum yapılır. Zehirlenme siyanür ile meydana gelmişse ilkyardım olarak %1 lik sodyum tiyosülfat veya sodyum bikarbonat ile bazikleştirilmiş %0.025 lik potasyum permanganat çözeltisi verilir. Ağız ve mideye asit, baz ve ağır metal tuz çözeltileri alınmış ise, bu gibi durumlarda bol süt, su ve yumurta akı içirilir ve kepek lapası verilir. Özellikle asit yutulmuşsa magnezyum oksit veya tebeşir tozu ile hazırlanmış bulamaç içirilir. Baz alınması durumunda ise %1 lik asetik asit veya limon suyu ya da %1 lik sitrik asit çözeltisi içirilir. Kusturucu olarak %5 lik sodyum klorür çözeltisi veya bir çorba kaşığı çinko sülfatın bir bardak sudaki çözeltisi kullanılır. Zehirli kimyasal maddelerden bazıları; kurşun bileşikleri, arsenik trioksit, siyanür asidi ve tuzları, fosfor ve cıva bileşikleri, arsenikli ve fosforlu bileşikler, karbonmonoksit, hidrojen sülfür, benzen ve bazı türevleri. 12

13 YĠYECEK VE ĠÇECEKLER * Kimyasal maddelerle ilgili işlemlerin yapıldığı alanlarda herhangi bir şey yemek veya içmek çok tehlikelidir. * Laboratuar tezgâhlarının üzerine herhangi bir yiyecek ya da içecek maddesi koymayın. * Yemekhane ve sigara salonlarına numuneler de dahil olmak üzere hiçbir kimyasal madde sokmayın. * Kimyasal maddeleri ve numuneleri kişisel çalışma masalarına koymayın. ÇEKER OCAKLAR * Çeker ocaktaki hava sirkülasyon hızı 0.5m/sn olacak şekilde ayarlanmalıdır * Korozif maddelerle çalışırken çeker ocak kapağı çalışanın yüzünü koruyacak şekilde kapalı tutulmalıdır. FEN-EDEBĠYAT FAKÜLTESĠ ÖĞRENCĠLERĠ Dikkatsiz ya da kötü tasarlanmış bir çalışma çeşitli şekillerde vahim bir duruma yol açabilir. Bu kitapçıkta yapılacak ya da yapılmayacak herşey yoktur. Ancak bu kurallar olumlu ve güvenli bir yaklaşım için gereklidir. Laboratuarda, odanızda ya da ordan geçiyor olun, her durum potansiyel bir tehlike içerir. Güvenlik, risklerden haberdar olmak ve kontrol için olumlu bir yaklaşım demektir. Bu da : * Tehlikeyi tanımlamak, * Riski değerlendirmek, * Kontrol imkanlarına sahip olmak, * Eylemin etkinliğini değerlendirmektir. ÇALIġMA SAATLERĠ VE ACĠL HĠZMETLER * Her zaman acil durumda acil durum telefonu aranacaktır. * Bina hafta içi her gün saatleri arası açıktır. Diğer zamanlarda " normal iş saatleri dışı mesai kuralları " geçerlidir. Danışman,yapılan çalışmanın türüne bağlı olarak direkt bir sorumluluk taşır. Projenin güvenli bir şekilde tasarlanmış olmasından sorumludur. Tehlikeleri yazılı olarak nitelendirilip emin bir çalışma yöntemi belirler. İlgili araştırıcılarla sürekli iletişim içinde olmak bu sürecin ayrılmaz bir parçasıdır. Sorumluluk en fazla tek tek araştırıcılarda, lisansüstü ve doktora sonrası çalışmaları yapanlardadır. Fakültedeki her bir araştırıcının güvenli çalışma konusunda tam profesyonel bir yaklaşım içinde olmasını gerektirir. Alınan tüm güvenlik önlemlerinin ve yaratılan güvenli çalışma koşullarının, araştırmacı düşüncesizce davranıyor ise hiçbir anlamı kalmaz. Araştırmacılar her an dikkatli ve güvenli çalışmalıdırlar. Her hangi bir tereddüt halinde proje yöneticinize danışınız. 13

14 Güvenlik konusunda dikkat ve itina profesyonel bilim insanı için temel bir koşuldur. Tüm personel için laboratuar çalışmasının en önemli kısmını oluşturur. UNUTMAYIN! * Emniyet gözlükleri ve diğer koruma cihazları ( eldiven,önlük,maske v.s. ) laboratuar çalışmasında her an kullanılmalıdır. * Her acil durumda acil telefonunu arayınız. * Laboratuarda tek başına deneysel çalışma yapılamaz. * Laboratuarda yemek,içmek kesinlikle yasaktır. *Gece çalışılacak deneyler için alınacak özel araştırma izninde proje yürütücüsü ile laboratuar sorumlusunun imzası olmalıdır. 6. BĠNANIN KULLANILMASI Fen-Edebiyat Fakültesi her gün 08:00-18:00 saatleri arasında açıktır. Bunlar normal çalışma saatleridir. Bina cumartesi-pazar günleri kapalı olacaktır. Normal çalışma saatleri dışında binaya ancak özel çalışma izni olanlar girebilirler. Bunlar kapıdaki giriş-çıkış çizelgesini imzalayacaklardır. Binada normal çalışma saatleri dışında çalışacak olanlar aşağıdaki kurallara uymalıdır : * Binaya giren herkes giriş-çıkış çizelgesini imzalamalıdır. * Laboratuarda deneysel çalışma ancak aynı laboratuarda başka bir araştırıcı varsa yapılabilir. Laboratuarda tek başına çalışmak son derece tehlikeli ve yasaktır. * Yapılacak olan deneysel çalışmalar özellikle zararsız olmalı ve de çalışan kişi evvelce aynı işe alışkın olmalıdır. Cumartesi-pazar günleri yeni çalışma başlatılmamalıdır. * Her bir araştırıcı laboratuardan ayrılırken aletleri kapatmalıdır. Gaz, elektrik,su vanaları ve pencereler açık unutulmamalı, gereksiz ışıklar söndürülmelidir. 14

15 TARĠH: DENEY NO : 1 DENEY ADI : MADDELERĠN FĠZĠKSEL VE KĠMYASAL ÖZELLĠKLERĠYLE TANINMASI DENEYĠN AMACI : Maddelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinden faydalanarak tanınması TEORĠK BĠLGĠ : Kimya, maddenin ve dönüşümlerinin bilimidir. Madde, kütlesi olan ve uzayda yer kaplayan her şeydir. Maddeler, doğada ilke olarak üç halde bulunmaktadır. Bunlar; katı, sıvı ve gaz halidir. Doğada maddeler saf maddeler ve karışımlar olarak iki ana grupta toplanabilir. Aynı cins atom veya moleküllerden oluşmuş maddelere saf maddeler denir. Element ve bileşikler saf maddelerdir. Element, aynı cins atomlardan oluşan saf maddelere denir. Elementlere örnek olarak; Demir (Fe), Bakır (Cu), Karbon (C) verilebilir. Elementler homojendirler, yoğunlukları sabittir, erime ve kaynama noktaları sabittir, sembollerle gösterilirler ve kimyasal yöntemlerle daha basit maddelere dönüştürülemezler. Bileşikler ise iki ya da daha fazla elementin kendi kimyasal özelliklerini kaybederek belli oranlarda kimyasal yollarla birleşmesiyle oluşan saf maddelere denir. Bunlara örnek olarak; NaCl, CO 2, H 2 SO 4 verilebilir. Bileşikler homojendirler, yoğunlukları sabittir, erime ve kaynama noktaları sabittir, formüllerle gösterilirler, bileşiği oluşturan elementler belirli kütle oranlarında birleşirler ve kimyasal yöntemlerle daha basit yapıtaşlarına ayrılabilirler. İki veya daha fazla maddenin istenilen oranlarda kimyasal özelliklerini kaybetmeden oluşturdukları homojen veya heterojen maddelere ise karışım denir. Karışımı oluşturan maddelerin her birine bileşen denir. Karışımlar, saf değildirler, yoğunlukları sabit değildir, erime ve kaynama noktaları sabit değildir, bileşenleri kimyasal özelliklerini kaybetmez ve fiziksel yöntemlerle bileşenlerine ayrıştırılabilirler. Kolonya, hava, tuzlu-su karışımlara örnek olarak verilebilir. Karışımlar, homojen veya heterojen olmak üzere iki şekilde sınıflandırılabilirler. Homojen karışımlar, özellikleri her yerinde aynı olan karışımlar, heterojen karışımlar ise, özellikleri her yerinde aynı olmayan karışımlardır. Hava, 15

16 tuzlu-su, alaşımlar homojen karışımlardır. Mayonez, zeytinyağı-su ve ayran da heterojen karışımlara örnek olarak verilebilir. Bir madde örneğini diğer madde örneklerinden ayıran niteliklere özellik denir. Örneğin; şeker ve tuza bakılacak olursa, ikisi de beyaz, katı kristalimsi, kokusuz ve suda çözünen maddelerdir. Fakat şeker tatlıdır ve ısıtılınca erir, fazla ısıda kahverengiye döner ve yanar. Tuz ise farklı bir tada sahiptir, ancak 800 o C de erir ve açık alevde yakılırsa sarı ışık verir. Maddenin özellikleri, fiziksel özellikler ve kimyasal özellikler olarak iki grupta toplanabilir. Maddenin dış görünüşü ile ilgili olan, ölçülebilir, gözlenebilir özelliklerine fiziksel özellikler denir. Renk, koku, tat, sertlik, yoğunluk, erime ve kaynama noktası, çözünürlük gibi özelliklerdir. Bu özellikler maddelerin birbirinden ayrılmasında parmak izi niteliği taşır. Herhangi bir saf madde bu özelliklerinden biri veya birkaçının ölçülmesi ile tanınabilir. Maddenin kimyasal yapısının bozulmadığı, dış görünüşünde meydana gelen değişmelere de fiziksel değişim denir. NaCl tuzunun suda çözünmesi, kağıdın yırtılması, suyun donması, mumun erimesi, ışığın prizmada kırılması, alüminyum metalinden mutfak eşyası yapılması, naftalinin süblimleşmesi fiziksel değişimlere birer örnektir. Maddelerin tanecikleri ile ilgili olan özelliklerine de kimyasal özellik denir. Bir maddenin içyapısını ilgilendiren ve diğer maddelere karşı davranışını ortaya koyan değişimlere ise kimyasal olay denir. Suyun elektrolizi, kömürün yanması, yumurtanın pişirilmesi, çürüme, fotosentez, sütten yoğurt yapımı, demirin paslanması, Çinkonun, HCl de çözünmesi birer kimyasal olaydır. Kısaca, fiziksel olaylarda yeni bir madde meydana gelmemektedir, yani oluştuğu maddelerin kimyasal özelliklerini taşımaktadır ve oluşan maddelerden basit yöntemlerle başlangıçtaki maddeler tekrar elde edilebilir. Kimyasal olaylarda ise, yeni bir madde elde edilmektedir ve oluşan madde, başlangıçtaki maddelerin özelliklerini taşımaz, basit yöntemlerle başlangıçtaki maddeler elde edilemez. 16

17 Ayrıca maddelerin özelliklerini, ortak özellikler ve ayırt edici özellikler olarak da iki sınıfta toplayabiliriz. Bir maddenin ortak özellikleri; kütle, hacim ve eylemsizliktir. Kütle (m); bir cisimdeki madde miktarının bir ölçüsüdür ve bir maddenin yapısı hakkında bilgi vermez. Birimi; kilogram (kg) veya gram (g) dır. Hacim, bir maddenin boşlukta kapladığı yerdir. Birimi; Litre (L) veya m 3 dür. Eylemsizlik ise dış kuvvetin etkisinde bulunmayan bir cismin hareketsiz kalma, hareket halindeki bir cismin ise hareketini aynı yönde sabit bir hızla sürdürme eğiliminde olmasıdır. Maddenin ayırt edici özellikleri ise, maddeleri ayıt etmede kullanılan özellikleridir. Bunlar; özkütle, erime ve kaynama noktası, esneklik, çözünürlük, genleşme, öz ısı ve elektrik iletkenliği dir. a) Özkütle (Yoğunluk, d) : Birim hacimdeki madde miktarına denir. d : Özkütle (g/cm 3 ) m : Kütle (g) V : Hacim (cm 3 ) ġekil 1. Kütle-Hacim grafiği Şekil 1 de verilen kütle-hacim grafiğinin eğimi, yoğunluğu vermektedir. Özkütle birimi, katı ve sıvılar için g/cm 3, gazlar için g/l dir. Her üç fiziksel hal için de ayırt edici bir özelliktir. Genellikle bütün maddelerin katı halinin yoğunluğu, sıvı halinin yoğunluğundan büyüktür. Suyun yoğunluğu, + 4 o C de maksimumdur, yani 1 g/cm 3 dür (Şekil 2). Tabiatta yoğunluğu en büyük olan element ise Civa (Hg) dır. ġekil o C de Suyun Özkütle Grafiği b) Erime ve Kaynama Noktası : Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesi olayına erime denir. Bir maddenin katı halde iken ısı alarak sıvı hale dönüştüğü sıcaklığa da erime noktası denir. Saf maddelerin erime süresince sıcaklığı değişmez. Bir maddenin sıvı halde iken ısı kaybederek katı hale dönüştüğü sıcaklığa ise donma noktası denir. 17

18 Bir maddenin sıvı halden buhar haline geçmesine kaynama (buharlaşma olayı) denir. Kaynama olayının gerçekleştiği sıcaklığa kaynama noktası denir. Kaynama noktası, maddenin buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklık değeridir. Saf maddelerin kaynama süresince sıcaklığı değişmez. Sıvıların kaynama noktası, sıvıya etki eden dış basınç arttıkça artar. c) Isınma Isısı (Öz ısı) : Bir maddenin bir gramının sıcaklığını 1 o C artırmak için gereken ısıya denir. Maddelerin farklı fiziksel hallerinin öz ısıları farklıdır. d) Çözünürlük : İki yada daha fazla maddenin birbiri içinde homojen bir şekilde dağılmasına çözünme denir. Belirli sıcaklık ve basınçta 100 gram çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Çözünürlük; çözünenin ve çözücünün türüne, sıcaklığa, basınca ve ortak iyon etkisine bağlıdır. e) İletkenlik : Bir maddenin ısı ve elektriği iletmesi olayına iletkenlik denir. Maddelerin üzerlerinden geçen elektrik akımına karşı farklı dirençler gösterdiklerinden (dirençleri farklı olduğundan) iletkenlik ayırt edici bir özelliktir. Metaller, elektronları serbest olduğundan elektrik akımını iletir, ametaller ve soygazlar ise iletmez. Maddelerin ayırt edici özelliklerinden yararlanılarak iki veya daha fazla saf madde birbirinden ayırt edilebilir. Ancak karışımları birbirinden ayırt etme yöntemleri biraz daha farklıdır. Karışımları oluşturan maddeleri ayrı ayrı geri kazanma işlemlerine ayırma ve saflaştırma yöntemleri denir. 18

19 Bunlar şu şekilde sınıflandırılabilir; 1- Elektriklenme İle Ayırma : Sürtünme ile elektrik yükü kazanan bazı cisimler bir takım maddeleri kendilerine çeker. Plastik veya cam çubuk, yün parçası ile ovulduğunda elektrik yükü kazanır ve böyle bir cisim karışıma yaklaştırıldığında maddelerden birini kendine doğru çeker. 2- Örneğin; tuz-karabiber, yemek tuzu-kükürt, kükürt-demir tozu bu şekilde ayrılabilir (Şekil3) ġekil 3. Biber-tuz karışımının ayrılması 3- Manyetik Ayırma : Katı-katı karışımlarında karışımdaki maddelerden biri mıknatıs tarafından çekilme özelliğine sahipse bu yöntem kullanılabilir. Örneğin; demir tozu-kükürt tozu, cam tozu-nikel tozu bu yolla ayrılabilir (Şekil 4). ġekil 4. Demir-Kükürt karışımının ayrılması 4- Özkütle Farkı İle Ayırma : Kum-odun talaşı gibi katı-katı karışımlarda karışım suya bırakıldığında özkütlesi büyük olan kum dibe çökerken, özkütlesi küçük olan odun talaşı su üstünde yüzer. Yüzen kısım bir kaşıkla, dibe çöken kısımda süzme ile sıvıdan ayrılır. Buna yüzeye çıkma ve dibe çökme yöntemi de denir. Heterojen sıvı karışımları ayırmada da bu yöntem kullanılabilir. Sıvı karışım bir ayırma hunisine alınıp bir süre beklenirse özkütlesi küçük olan sıvı üstte, diğeri altta toplanır. Musluk açılarak alttaki sıvı toplama kabına alınır. Buna zeytinyağı-su karışım örnek olarak verilebilir (Şekil 5). 19

20 ġekil 5. Zeytinyağı-su karışımı 5- Çözünürlük Farkı İle Ayırma : Çözünürlükleri birbirinden farklı olan iki maddenin ayrılmasında kullanılan bir yöntemdir. Örneğin; naftalin-şeker karışımı. Naftalin, suda çözünmeyen, şeker ise suda çözünen bir maddedir. Naftalin-şeker karışımını ayırma da naftalin süzülerek karışımdan ayrılabilir. Katı-sıvı heterojen karışımlar için de bu yöntem uygulanabilir. Örneğin; deniz suyu-kum ve tuz karışımı (Şekil 6). ġekil 6. Kum-Tuz-Su karışımının ayrılması 6- Kaynama Noktaları Farkına Göre Ayırma : Bir katı-sıvı homojen karışımın ısıtılarak buharlaştırılması ve oluşan buharın soğutularak yoğunlaştırılmasına damıtma denir. Sıvı-sıvı karışımları da ayırmada kullanılan bir yöntemdir. İki veya daha çok sıvıdan oluşan bir homojen karışımda sıvı bileşenleri kaynama noktaları farkına göre ayırıp her birini ayrı ayrı elde etme işlemine ayrımsal damıtma denir. Alkol-su karışımı bu yöntemle ayrılabilir. Alkolün kaynama noktası, suyun kaynama noktasından daha düşük olduğundan toplama kabında alkol toplanır. Şekil 7 de basit bir ayrımsal damıtma düzeneği gösterilmiştir. Bileşenlerin kaynama noktaları arasındaki fark ne kadar büyük ise ayırma o kadar kolay olur. Ham petrolün damıtılması sonucu, fuel-oil, benzin, motorin v.b. gibi ürünler elde edilir. 20

21 ġekil 7. Basit bir ayrımsal damıtma Kaynama noktası çok yüksek olmayan ve bozunmaya uğramayan maddelerin distilasyonu, normal distilasyon veya fraksiyonlu distilasyon yöntemleri ile yapılabilir. Kaynama noktası çok yüksek olan veya kaynama noktalarına ulaşmadan bozunan maddelerin distilasyonunda ise vakum distilasyonu ve su buharı distilasyonları uygulanmaktadır. Vakum distilasyonu, normal veya fraksiyonlu distilasyon düzeneğinin kapalı bir sistem haline getirilerek vakum pompasına bağlanmasıdır. Su buharı distilasyonunda ise distilleme işlemi 100 o C de gerçekleştirilen ve su buharı ile sürükleme esasına dayanan bir sistemdir. Özellikle parfüm sanayisinde çeşitli bitki ve çiçeklerden esansların kazanılmasında bu yöntem uygulanmaktadır. Örneğin; limon çiçeğinden limon esansı bu yöntemle elde edilmektedir. Bu yöntem, gaz-gaz karışımlarında da uygulanabilir. Havanın bileşimindeki azot, oksijen ve az oranda da argon gazlarını ayırmak için önce hava tamamen soğutularak sıvılaştırılır. Daha sonra ısıtılmaya başlanarak ayrımsal damıtma uygulanır. Önce Oksijen, sonra Argon ve Azot gazları elde edilir(kaynama noktaları, N -196 o C, Ar -186 o C ve O -183 o C). GEREKLĠ MALZEMELER : 1 Adet 250 ml lik beher, 1 adet 250 ml lik ayırma hunisi, 10 adet deney tüpü, 1 adet 10 ml mezür, 1 adet cam baget, 1 adet cam piset, 1 adet 1 ml lik pipet, 1 adet tüp sporu, 1 adet bek alevi, 1 adet tüp maşası, 1 adet spatül, 1 adet piset, 1 g demir tozu, 1 g şeker, 1 g nişasta, 1 g naftalin, 1 g bakır sülfat, 1 g magnezyum oksit, 1 g kükürt, 1 g sodyum karbonat, 1 g kalsiyum karbonat, 1 g sodyum sülfür, 1 g sodyum nitrat, 1 g silisyum dioksit, 5 ml zeytinyağı, 50 ml 0.1 M lık Nitrik Asit Çözeltisi (HNO 3 ), 50 ml 0.1 M lık Sülfürik Asit Çözeltisi (H 2 SO 4 ), 10 ml Etil alkol, 100 ml saf su. DENEYĠN YAPILIġI : a) 1 g demir tozu ve 1 g kükürt tozu iyice karıştırılarak bir kağıt üzerine yayılır. Küçük bir mıknatıs kağıdın altında ve üstünde gezdirilir. Demir mıknatıs tarafından çekileceğinden demir kükürtten ayrılmış olur. Gözlemler not edilir. 21

22 b) Sudaki Çözünürlük; Deney tüplerine spatülün ucuyla biraz madde alınır ve tüpün yarısına kadar saf su doldurulur. Tüp bir süre çalkalandıktan sonra maddenin çözünüp çözünmediğine bakılır. Tüpler tüp sporuna yerleştirilerek bir süre bekletilir (Şekil 8). Bu sırada renk değişimi, çökelek oluşumu, çözünme ve gaz çıkışı gibi özellikler kaydedilir. ġekil 8. Etil alkol ve zeytinyağının sudaki çözünürlüğü c) Isıtma Karşısındaki Davranış : Deney tüplerine spatülün ucuyla bir miktar katı madde alınır. Deney tüpü bek alevinin üstünde 45 o lik bir açıyla tutulur (Şekil 9). Gaz çıkışı, renk değişimi, koku, erime gibi değişiklikler kaydedilir. ġekil 9. Bir deney tüpün bek alevinde 45 o lik açıyla ısıtılması d) 0.1 M lık Nitrik Asitteki (HNO 3 ) Çözünürlük : Deney tüplerine spatülün ucuyla bir miktar madde alınır, üzerine 20 damla seyreltik HNO 3 ilave edilir ve çalkalanır. Bir süre beklenir (Şekil 10) ve meydana gelen değişiklikler kaydedilir. 22

23 ġekil 10. Tüplerin tüp sporunda bir süre bekletilmesi e) 0.1 M lık Sülfürik Asitteki (H 2 SO 4 ) Çözünürlük : Deney tüplerine spatülün ucuyla bir miktar madde alınır, üzerine 20 damla seyreltik H 2 SO 4 ilave edilir ve çalkalanır. Bir süre beklenir ve meydana gelen değişiklikler kaydedilir. f) Bilinmeyen Maddenin Bulunması : Bilinmeyen bir maddeye yukarıdaki işlemler tek tek uygulanır ve gözlemlere dayanarak değişiklikler tabloya kaydedilir. Bu şekilde bilinmeyenin ne olduğu bulunur. g) 250 ml lik bir behere 1 g Sodyum nitrat, 1 g kum ilave edilerek iyice karıştırılır. Elde edilen karışıma 10 ml saf su ilave edilip bir süre çalkalanır. Sodyum nitrat suda çözünür ancak kum çözünmez. Sulu karışım bir süzgeç kağıdından süzülerek kumdan ayrılır. Süzüntü, bir buharlaştırma kabına alınarak alttan ısıtılır. Suyun kaynama noktası 100 o C iken, sodyum nitratın kaynama noktası 1000 o C dir. Kaynama noktaları arasındaki fark çok büyük olduğundan su buharlaşarak uçar ve geriye katı sodyum nitrat kalır. h) 250 ml lik bir ayırma hunisine 50 ml saf su ve 50 ml zeytinyağı bırakılıp iyice çalkalanır. Bir süre dinlendirildikten sonra alt kısma ve üst kısma ayrılan fazlar gözlemlenir. Musluk açılarak alt taraftaki sıvı toplama kabına alınır. 23

24 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Elde edilen tüm sonuçlar aşağıdaki tabloya kaydedilir. Numune Demir Tozu ġeker NiĢasta Bakır Sülfat Magnezyum Oksit Kükürt Sodyum Karbonat Sodyum Sülfür Zeytinyağı Bilinmeyen Madde Manyetik Özellik Sudaki Çözünürlük Isıtma Karşısındaki Davranış 0.1 M HNO 3 deki Çözünürlük 0.1 M H 2 SO 4 deki Çözünürlük SORULAR 1- Yukarıda gerçekleştirilen deneylerdeki değişimleri fiziksel ve kimyasal olarak tanımlayınız. 2- Sudaki çözünürlüğü en fazla olan maddeler hangileridir, belirtiniz. 3- Suda çözünen maddeler için çözünme reaksiyonları yazınız. 4- Maddelerin Nitrik asitle (HNO 3 ) verdikleri reaksiyonları yazınız. 5- Maddelerin Sülfürik asitle (H 2 SO 4 ) verdikleri reaksiyonları yazınız. 6- Bilinmeyen maddenin adını yazınız. 7- Elde edilen Sodyum Nitrat (NaNO 3 ) miktarında kayıplar olmuş mudur, eğer olmuşsa neden kaynaklandığını yazınız. 24

25 TARĠH: DENEY NO : 2 DENEY ADI: ÇÖZELTĠLERĠN HAZIRLANMASI DENEYĠN AMACI: DeğiĢik konsantrasyonlarda çözeltiler hazırlamak TEORĠK BĠLGĠ : İki veya daha fazla maddenin tek bir faz oluşturmak üzere birbirleri içinde homojen olarak karışmaları sonucu meydana getirdikleri homojen karışımlara çözelti denir. Yani fiziksel özellikleri her yerde aynı olan karışımlardır. Kolonya, tuzlu su, hava, gazoz, alaşımlar çözeltilere örnek olarak verilebilir. Çözeltiler homojendir fakat saf değildir, belirli bir erime ve kaynama noktaları yoktur. Bir çözelti de iki ana bileşen vardır. Bunlar; çözünen ve çözücüdür. Çözeltiyi meydana getiren bileşenlerden genellikle miktarca fazla olanına çözücü, diğerine ise çözünen adı verilmektedir. En önemli çözücü sudur. Diğer çözücülere örnek olarak etil alkol, karbon tetra klorür, benzen verilebilir. Çözeltiyi oluşturan maddelerden biri katı diğeri sıvı ise katı, sıvıda çözünmüştür denir ve katıya çözünen, sıvıya ise çözücü denir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden her ikisi de sıvı ise genellikle miktarca fazla olana çözücü denir. Eğer sıvı-sıvı çözeltilerinde miktar eşit ise dipol momenti büyük olan çözücü olarak kabul edilir. Çözeltiler oluşturdukları homojen fazlara göre katı, sıvı ve gaz çözeltiler şeklinde sınıflandırılabilirler. Çözelti Tipi Çözelti Tipleri Örnek Çözelti Katı Çözelti Katı Katı Katı Katı Sıvı Gaz Bakır Gümüş Palladyum Sıvı Çözelti Sıvı Sıvı Sıvı Katı Sıvı Gaz Su Su Su Çinko Civa Hidrojen Sodyum Klorür Etil Alkol Karbondioksit Gaz Çözelti Gaz Gaz Azot Oksijen Katı fazındaki çözeltiler, iki katının homojen olarak birbiri içinde çözünmesi ile elde edilmektedir. Bronz, pirinç gibi alaşımlar bu tip çözeltilere örnek olarak verilebilir. Sıvı fazındaki çözeltiler, bir katı, sıvı ya da gazın bir sıvı içerisinde çözünmesiyle elde edilmektedirler ki buna da alkollü su, tuzlu su ya da gazoz örnek olarak verilebilir. Gaz fazındaki çözeltiler ise, bir gazın diğer bir gaz içinde çözünmesiyle oluşan çözeltilerdir. O 2 -N 2 karışımı bu tip çözeltilere örnektir. Çözünme süreci üç ayrı basamakta gerçekleşmektedir. Birinci basamak çözücü moleküllerinin ayrılması, ikinci basamak çözünen moleküllerinin ayrılması, üçüncü basamak ise çözücü-çözünen etkileşimi ve karışımıdır. I. ve II. basamak moleküller arası etkileşimi yenmek için bir miktar enerji gerektiğinden bu basamaklar endotermiktir. 25

26 III. basamak ise endotermik veya ekzotermik olabilir. Eğer çözünen-çözücü etkileşimi, çözünen-çözünen ve çözücü-çözücü etkileşiminden daha kuvvetli ise çözünme işlemi ekzotermiktir ( H<0). Eğer tersi durum söz konusu ise yani etkileşim daha zayıf ise çözünme işlemi endotermiktir ( H>0). Şekil 1:Çözünme olayının moleküler düzeyde gerçekleşmesi Derişim, çözeltide bulunan çözünen miktarının bir ölçüsüdür. Yani, çözeltinin birim hacminde ya da çözücünün birim kütlesinde çözünen madde miktarına derişim denir. Derişik çözelti, çözünen madde miktarı nispeten fazla olan çözeltilere denir. Seyreltik çözelti ise çözünen miktarı nispeten az olan çözeltilere denir. Belirli koşullarda bir miktar çözücüde çözebileceği kadar madde çözünmüşse doymuş çözelti, çözebileceğinden daha az madde çözünmüşse doymamış çözelti, doygunluk miktarının üstünde madde çözünmüşse aşırı doymuş çözelti oluşur. Aşırı doymuş çözeltiler kararlı değildir. Sabit sıcaklık ve basınçta birim hacim çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Çözünürlük, çözücünün ve çözünenin cinsine, ortak iyon derişimine, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak değişir. Derişim birimlerinin çok çeşitli olmasına karşın en fazla kullanılan birimler, % derişim, molarite, normalite, molalite dir. 26

27 Ağırlıkça % Çözeltiler; 100 birim çözeltide çözünen madde miktarını ifade etmektedir ve genellikle katılar için kullanılmaktadır. Örneğin; % 10 luk NaCl çözeltisi demek 100 birim çözeltinin 10 birimi NaCl ve 90 birimi çözücü demektir. Genel olarak a gram madde b gram çözücüde çözünmüş ise çözünenin yüzdesi, X a, X a = % a = [a / (a+b)].100 olur. Hacimce % Çözeltiler; 100 birim çözeltide çözünen madde miktarını ifade etmektedir ve genellikle bir sıvının başka bir sıvı içerisinde çözündüğü durumlar için kullanılmaktadır. Örneğin; % 20 lik alkol çözeltisi demek 100 birim hacim çözeltinin 20 birim hacmi alkol, 80 birim hacim çözücü demektir. Genel olarak a hacim birim madde b hacim birim çözücüde çözünmüş ise, çözünenin hacimce yüzdesi, X a, X a = % a = [a / (a+b)].100 olur. Molar Çözeltiler; Bir litre çözeltide çözünmüş olan maddenin mol sayısına molarite denir ve genellikle M ile gösterilir. Çözelti birden fazla madde ihtiva ediyorsa her bir madde için molarite ayrı ayrı verilir. Burada, n; çözünen maddenin mol sayısı V; litre cinsinden çözeltinin hacmidir. Molal Çözeltiler; 1000 gram çözücüde çözünmüş olan maddenin mol sayısına molalite denir ve m ile gösterilir. Kristal suyu ihtiva eden maddelerin molalitesi hesaplanırken kristal suyu da hesaba katılmalıdır. Örneğin; 1 molal demir (II) sülfat çözeltisi hazırlamak için 152 g FeSO 4.5H 2 O alınır ve 910 g suda çözünür. Çünkü 90 g su kristal suyu olarak vardır. Burada, n; çözünen maddenin mol sayısı ve S;çözücünün kilogram olarak ağırlığı 27

28 a; Çözünen Madde Miktarı ve b; Çözücü Madde Miktarı Normal Çözeltiler ; Bir litre çözeltide çözünmüş olan maddenin eşdeğer gram sayısına normalite denir ve N ile gösterilir. Bir maddenin eşdeğer gram sayısı o maddenin molekül ağırlığının tesir değerliğine oranına denir. Tesir değerliği asitler için çözeltiye verilen H + sayısı, bazlarda OH - sayısı, tuzlar için bir iyonun toplam yükü, redoksa katılan maddeler için mol başına alınan veya verilen elektron sayısıdır. H 2 SO 4 2H + + SO 4-2 t d = 2 NaOH Na + + OH - t d = 1 Al 2 (SO 4 ) 3 2 Al SO 4-2 t d = 6 Burada egs, eşdeğer gram sayısını, V ise litre cinsinden çözeltinin hacmini göstermektedir. egs = g. t / M t, tesir değerliğini, M, çözünen maddenin molekül ağırlığını, g çözünen maddenin gram cinsinden miktarını ifade etmektedir. Mol Kesri; Bir çözeltide bulunan maddelerden herhangi birinin mol kesri, o maddenin çözeltideki mol sayısının toplam mol sayısına oranına o maddenin mol kesri denir. A, B ve C maddelerinden meydana gelmiş bir çözeltide mol sayıları n A, n B ve n C ise A maddesinin mol kesri X A, X A = n A / ( n A + n B + n C ) olur. Bir çözeltideki maddelerin mol kesirleri toplamı bire eşittir. X A + X B + X C = 1 dir. Eser Miktar konsantrasyonlar ise genellikle ppt, ppm, ppb birimleriyle ifade edilirler. ppt (parts per thousand); binde bir kısım, ppm (parts per million); milyonda bir kısım, ppb (parts per billion); milyarda bir kısımdır. 28

29 Bir çözeltideki çözünen miktarının artması derişme, azalması ise seyrelmedir. Bu durumda bu iki çözeltisi arasındaki bağıntı, M 1.V 1 = M 2.V 2 Çözeltilerin Bazı Özellikleri; 1- Buhar Basıncı; Çözüneni uçucu olmayan çözeltilerin buhar basınçları aynı koşullardaki saf çözücünün buhar basıncından düşük olur. Bu tür çözeltilerde tanecik derişimi arttıkça buhar basıncı azalır. 2- Kaynamaya Başlama Sıcaklığı; Çözüneni uçucu olmayan sulu çözeltilerin kaynamaya başlama sıcaklığı aynı basınçtaki saf suyun kaynama noktasından yüksek olur. Bu tür çözeltilerde derişim ile kaynama sıcaklığı doğru orantılıdır. 3- Donmaya Başlama Sıcaklığı; Suda çözünen maddeler suyun donma sıcaklığını düşürür. Bu tür çözeltilerde bu düşüş tanecik sayısıyla doğru orantılıdır. 4- Elektrolit Çözeltiler; Suda iyonlarına ayrışarak çözünen asit, baz, tuz gibi bileşiklerin sudaki çözeltisi elektriği iletmektedir. Bu çözeltilere elektrolit çözeltiler denir. Ancak suda moleküler halde çözünen şeker, O 2 gibi maddelerin oluşturduğu çözelti elektrik akımını iletmez. Bir Çözeltinin Hazırlanması; Önce hassas bir terazide gerekli olan madde miktarı tartılır. Tartılan madde bir balon jojeye konur ve hangi çözücü kullanılacaksa ondan bir miktar eklenir. Balon joje uzun kısmından tutularak dairesel hareketlerle biraz çalkalanır, maddenin çözünmesi sağlanır. İçindeki madde iyice çözünene kadar yavaş yavaş balon jojenin önceden belirlenmiş olan ve toplam çözelti hacmini gösteren çizgisine kadar çözücü ilave edilir. Balon jojenin kapağı kapatılır ve birkaç kez çalkalanır. Hazırlanan çözelti temiz bir şişeye bırakılarak etiketlenir. 29

30 ġekil 2. Bir Çözeltinin Hazırlanması GEREKLĠ MALZEMELER : 1 Adet elektronik analitik hassas terazi, 1 adet 100 ml lik balon joje, 1 adet 50 ml lik balon joje, 1 adet 100 ml lik mezür, 1 adet 100 ml lik beher, 1 adet 1 ml lik pipet, 1 adet puar, 1 adet cam baget, 1 adet saat camı, 1 adet spatül, 3 adet cam şişe, 1 adet etiket, 1 adet piset, NaCl, MgCl 2.6H 2 O, derişik H 2 SO 4, 500 ml saf su. DENEYĠN YAPILIġI : a) % 5 lik NaCl Çözeltisinin Hazırlanması; Ağırlıkça % 5 lik 20 g NaCl çözeltisi hazırlamak için gerekli olan NaCl ve su miktarını hesaplayınız. Hesaplanan NaCl miktarını elektronik hassas terazide tartınız. Tartılan NaCl ü 100 ml lik bir behere bırakınız ve hesaplanan saf su miktarını mezüre bırakınız. Beherdeki NaCl üzerine bir miktar saf su bırakınız ve bir bagetle karıştırınız. Geriye kalan saf suyu da behere boşaltınız ve maddeyi iyice çözünüz. Çözeltiyi ağzı kapaklı bir şişeye aktarınız ve etiketleyiniz. Çözeltinin mol kesrini hesaplayınız. b) 0,1 M 100 ml H 2 SO 4 Çözeltisinin Hazırlanması; Derişik H 2 SO 4 çözeltisinin üzerinde yazılı olan yüzde ve yoğunluk değerlerinden faydalanarak derişik H 2 SO 4 çözeltisinin molaritesini ve normalitesini hesaplayınız. 0,1 M 100 ml H 2 SO 4 çözeltisi hazırlamak için gerekli derişik sülfürik asit miktarlarını hesaplayınız. 100 ml lik balon jojeyi yarısına kadar saf su ile doldurunuz. Hesapladığınız H 2 SO 4 çözeltisini puvarlı bir pipet ile şişeden alarak yavaş yavaş balon joje içerisindeki su üzerine boşaltıp balon jojeyi dairesel olarak çalkalayınız. 30

31 Hazırlanan çözeltiyi temiz bir şişeye bırakarak etiketleyiniz. (Not: sülfürik asit çözeltisi hazırlarken asla derişik asit üzerine su ilave etmeyiniz) c) 0,1 M 50 ml Magnezyum Klorür Çözeltisinin Hazırlanması; 0,1 M 50 ml Magnezyum klorür çözeltisi hazırlamak için, MgCl 2.6H 2 O dan ne kadar alınması gerektiğini hesaplayınız. Hesaplanan MgCl 2.6H 2 O miktarını elektronik hassas terazide tartınız. Tartılan MgCl 2.6H 2 O yu 100 ml lik bir balon jojeye bırakınız ve balon jojeye çok az miktarda su ilave ederek hafifçe dairesel hareketlerle çalkalayınız. Daha sonra balon jojenin ölçek çizgisine kadar saf su ile doldurunuz ve çalkalayınız. Balon jojenin ağzını kapatarak birkaç kez alt üst ediniz. Hazırlanan çözeltiyi temiz bir şişeye bırakarak etiketleyiniz. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1- a, b ve c deneylerindeki değerler için molarite, molalite, normalite hesaplarını yapınız ve sonuçları değerlendiriniz. 2- Deneyler sırasındaki gözlemlerinizi belirtiniz ml lik bir balon jojeye 5 g NaCl konur, balon jojenin ölçek çizgisine kadar saf su ile doldurulursa % 5 lik olur mu? 4- Neden H 2 SO 4 ün üzerine su konulmaz, nedeni ile birlikte açıklayınız. Bu durum diğer asitler içinde geçerli midir? SORULAR 1-0,2 N 100 ml HCl çözeltisi nasıl hazırlarsınız? 2-0,1 N 500 ml H 2 SO 4 çözeltisi hazırlamak için yoğunluğu 1,84 g/cm 3 olan % 98 lik derişik sülfürik asitten kaç ml gereklidir? 3- Yoğunluğu 1.84 g/ml olan % 98 lik H 2 SO 4 çözeltisinin molaritesini ve normalitesini hesaplayınız. 4-0,4 N 200 ml Al 2 (SO 4 ) 3 çözeltisi hazırlamak için % 80 lik Al 2 (SO 4 ) 3 örneğinden kaç gram gereklidir g Fe 2 (SO 4 ) 3 suda çözülerek 200 ml lik bir çözelti hazırlanıyor. Çözeltinin normalitesini ve molaritesini bulunuz. 31

32 6-1 molal sulu çözeltideki çözücü ve çözünenin mol kesrini bulunuz. 7- Yoğunluğu 1,0628 g/cm 3 olan sakkaroz çözeltisi 0,5 M olduğuna göre molalitesini hesaplayınız ml hacimce % 20 lik etil alkol çözeltisi hazırlamak için kaç ml etil alkol alınmalıdır. 9- Suda ağırlıkça % 50 etil alkol bulunduran çözeltinin yoğunluğu g/ml olduğuna göre bu çözeltide etil alkolün mol kesrini ve çözeltinin molarite ve molalitesini bulunuz g suda 24,4 g H 2 SO 4 içeren H 2 SO 4 çözeltisinin molalitesini hesaplayınız. (H 2 SO 4 ün mol kütlesi 98,08 g) 11- Metanolün (CH 3 OH) 2,45 M sulu çözeltisinin yoğunluğu 0,976 g/ml dir. Çözeltinin molalitesi nedir. (Metanolün mol kütlesi 32,04 g) µl serum örneği analiz edildiğinde 26,7 µl glikoz içerdiği bulunmuştur. Serum örneğinde bulunan glikozun ppm cinsinden konsantrasyonu nedir. 13-2,6 g bitki dokusu örneği analiz edildiğinde 3,6 µg çinko içerdiği bulunmuştur. Bitkideki çinkonun ppm ve ppb cinsinden konsantrasyonu nedir. 32

33 DENEY NO :3 TARİH: DENEY ADI : AVAGADRO SAYISI, MOL KAVRAMI VE MAGNEZYUM UN ATOM AĞIRLIĞININ TAYĠNĠ DENEYĠN AMACI : Avagadro sayısı ve atom veya molekül ağırlığının iliģkisini belirlemek, Magnezyum un atom ağırlığını tayin etmek TEORĠK BĠLGĠ : Bir elementin tüm kimyasal özelliğini gösteren en küçük yapıtaşına atom denir. Atom, üç tanecikten oluşmaktadır. Bunlar; proton, nötron ve elektron dur. Atom çekirdeğindeki pozitif yüklü taneciklere proton denir. Atom çekirdeğindeki yüksüz taneciğe ise nötron denir. Çekirdek etrafındaki yörüngelerde bulunan eksi yüklü parçacıklara ise elektron denir. Element, aynı cins atomlardan oluşan saf maddelere denir. Elementlerin çoğu doğada izotopları halinde bulunmaktadır. Bu yüzden de bir elementin tüm atomlarının ağırlıkları aynı değildir. Proton sayısı aynı, nötron sayısı farklı olan atomlara izotop atom denir. İzotop atomlar aynı atom numarasına, farklı kütle numaralarına sahiptirler. İzotop atomlarının kimyasal özellikleri elektron sayıları eşit olduğu için aynı, kütle numaraları farklı oldukları için fiziksel özellikleri farklıdır. Atom ve molekül gibi taneciklerin bir mollerinin içerdiği tanecik sayısına Avogadro Sayısı (N A ) denir. 1 mol 12 C = 6,022 x tane 12 C atomu = 12,0000 g Karbon (C) 1 mol 16 O = 6,022 x tane 16 O atomu = 15,9949 g Oksijen (O) Bir elementin mol kütlesi 1 mol atomun kütlesi iken, moleküler bir bileşiğin mol kütlesi, 1 mol molekülün kütlesidir. Mol sayısı, avogadro sayısı kadar atom veya molekül sayısı olarak tanımlandığından bunun ifadesi, Ayrıca, bir mol maddenin ağırlığı bu maddenin kimyasal formülündeki atomların bağıl atom ağırlıklarının toplanmasıyla bulunur ve Molekül Ağırlığı olarak adlandırılır. Şekil 1 de değişik elementlerin 1 mol lük miktarları verilmiştir. Bunlar; Karbon (siyah kömür tozu), kükürt (sarı toz), demir (çivi), bakır (tel), civa (parlak sıvı metal) dir. 33

34 ġekil 1. Değişik elementlerin 1 mol lük miktarları İndirgen bir maddenin eşdeğer ağırlığı, o maddenin Avogadro sayısı kadar elektron verebilen miktarı olarak tanımlanır. Aynı şekilde yükseltgen bir maddenin eşdeğer ağırlığı, Avogadro sayısı kadar elektron alabilen miktarıdır. Herhangi bir redoks reaksiyonunda alınan ve verilen elektron sayıları aynı olacağına göre, yükseltgenen ve indirgenen maddelerin eşdeğer gram sayıları da aynı olmalıdır. Eşdeğer ağırlık, molekülde bir veya daha fazla yer değiştirebilen hidrojen atomu bulunduran bir bileşikten bir mol hidrojen atomu (1,008 g) açığa çıkaran metalin ağırlığı olarak tanımlanır. Açığa çıkan H 2 gazının mol sayısı, hacmi ve basıncından yararlanarak hesaplanabilir. Herhangi bir maddenin eşdeğer ağırlığı verdiği reaksiyona göre değişir ve şu formülle hesaplanır, Etkin Değerlik, reaksiyon sırasında alınıp verilen elektron sayısına eşittir. Stokiyometrik bir reaksiyon sonucu açığa çıkan hidrojen gazı miktarının ölçülmesiyle Magnezyum (Mg) un atom ağırlığı bulunabilir. Reaksiyon şu şekildedir; Mg (k) + 2 HCl (aq) H 2(g) + Mg Cl - Yani, 1 mol Mg (k) a karşılık 1 mol H 2(g) oluşmaktadır. Burada reaksiyon sonucu oluşan H 2(g) nın mol sayısı bulunabilirse Magnezyumun mol sayısı da bulanabilinir. Oluşan H 2(g) nın hacmi ölçülerek mol sayısı ideal gaz denklemi kullanılarak hesaplanabilir. İdeal gaz denklemi, P.V = n. R. T Burada, P; basınç (atm), V; hacim (L), T; sıcaklık (K), n; mol sayısı (mol), R; ideal gaz sabitidir. 34

35 Yalnız burada dikkat edilecek olan nokta oluşan H 2(g) yanında bir miktar su buharı gaz hacmine dahil olmaktadır. Bu durumda sıvı üzerinde toplanan gazların basıncını hesaplarken kullanılan P atm = P gaz + P su eşitliğinden yararlanılarak P gaz (yani P hid ) bulunabilir ve mol sayısı da bu basınçla hesaplanabilir. Yani P atm = P hid. + P su + P su sütunu yüksekliği. Ölçülen P su sütunu yüksekliği aşağıdaki bağıntı kullanılarak hesaplanabilir. 760 mm-hg = 1030 cm su sütunu olacağından, n hid. = n Mg eşitliğinden Magnezyumun atom ağırlığı hesaplanabilir. GEREKLĠ MALZEMELER : Elektronik Analitik Terazi, 1 adet 600 ml beher, 1 adet 50 ml lik büret, 1 adet laboratuar sporu, 1 adet termometre, 1 adet spatül, 1 adet piset, bir miktar naftalin, bir miktar şeker, bir miktar KCl, bir miktar NaOH, bir miktar Na 2 CO 3, çinko parçacıkları, demir parçacıkları, Mg şeridi, 20 ml 3 M HCl, 500 ml saf su. DENEYĠN YAPILIġI a) Miktarı bilinmeyen naftalin, şeker, KCl, NaOH, Na 2 CO 3, çinko (Zn) parçacıkları ve demir (Fe) parçacıklarının tartımları alınır. Daha sonra maddelerin kimyasal formülleri ve tartım sonuçları kullanılarak mol sayıları hesaplanır. b) 600 ml lik bir behere 450 ml saf su ilave edilir. 50 ml lik bir bürete 15 ml kadar seyreltik HCl bırakılır ve büretin geri kalan hacmi elden geldiğince aside karıştırılmadan saf su ile doldurulur (Şekil 2). 35

36 ġekil 2. Bir bürete asit ve saf suyun doldurulması Ağırlığı belli bir Mg şeridini (0,03-0,05 g) 30 cm kadar uzunlukta bir ipliğe bağlayınız. Mg şeridini bürete 5 cm kadar daldırıp başparmağınız ile sıkıca büretin ağzını kapatınız. Büreti çabucak ters çevirip beherdeki suyun içine daldırınız (Şekil 3). Büreti, ağzı tam beherin dibine gelecek şekilde sıkıca tutunuz. Daha yoğun olan asit aşağıya doğru inerek Mg a ulaşınca gaz çıkışı başlayacağını gözlemleyiniz. Gaz miktarında bir değişme olmuyorsa işleme son vererek büretteki gazın hacmini ölçerek kaydediniz. Büretin içindeki ve dışındaki su seviyeleri arasındaki farkı kaydediniz. Termometreyi, ucu büretin ağzına gelecek şekilde behere daldırınız ve sıcaklığı kaydediniz. Hava basıncından, o sıcaklıktaki suyun buhar basıncını çıkararak Hidrojen gazının basıncını bulunuz (Tablo-1 i kullanınız). Gerekli hesaplamaları yaparak Magnezyum un atom ağırlığını bulunuz. ġekil 3. Saf su ve asit dolu büretin beher içine ters çevrilmesi 36

37 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ a) 1. Deneyde bulduğunuz sonuçları aşağıdaki tabloya kaydediniz. Numune Adı Ağırlık Molekül Ağırlığı Mol Sayısı Naftalin ġeker KCl Na 2 CO 3 NaOH Zn parçacıkları Fe parçacıkları b) Laboratuar basıncı ve sıcaklığı tespit ediniz. Gerekli eşitlikleri kullanarak hidrojenin hidrojenin mol sayısını ve magnezyumun atom ağırlığını belirleyiniz. Mg (k) un Kütlesi H 2(g) nin Gözlenen Hacmi Suyun Sıcaklığı Su Seviyeleri Arasındaki Fark Ölçülen Sıcaklıkta Suyun Denge Buhar Basıncı Su Sütununa Eşdeğer Olan Hg Basıncı Büretteki Gazın Toplam Basıncı Büretteki H 2(g) nin Kısmi Basıncı H 2(g) nin Normal Şartlar Altındaki Hacmi İndirgenen H + (aq) İyonunun Mol Sayısı İndirgenen H + (aq) İyonunun Eşdeğer Gram Sayısı Mg (k) un Eşdeğer Gram Sayısı SORULAR 1. Yukarıdaki deneyde meydana gelen değişimleri fiziksel ve kimyasal olarak tanımlayınız. 2. Mg (k) un asitle çözünme reaksiyonunu yazınız ve yorumlayınız. 3. Aynı deney Cu (k) metali ile gerçekleştirilebilir mi, açıklayınız. 37

38 4. Magnezyumun eşdeğer gram kütlesini tayin etmek amacıyla 0,007 g Magnezyum metali, seyreltik HCl ile doldurulan gaz büretine yerleştirilmiştir. Deney sonunda eşdeğer gram kütlesi 12,1 g olarak bulunmuştur. 682 mm-hg lık atmosfer basıncı altında ve 18 o C de yapılan bu deneyde su sütunu yüksekliği 40 cm ve suyun bu sıcaklıktaki buhar basıncı 16,5 mm-hg olduğuna göre gaz büretinin üstünde toplanan H 2 gazının hacmi nedir? (760 mm-hg = 1030 cm). Tablo 1. Suyun farklı sıcaklıklardaki buhar basınçları Sıcaklı k ( o C) Basınç (mm-hg) Sıcaklı k ( o C) Basınç (mm- Hg) Sıcaklı k ( o C) Basınç (mm- Hg) 0 4, , ,32 1 4, , ,88 2 5, , ,51 3 5, , ,04 4 6, , ,38 5 6, , ,54 6 7, , ,70 7 7, , ,10 8 8, , ,10 9 8, , , , , , , , , , , , , , , , , ,18 38

39 DENEY NO : 4 TARİH: DENEY ADI : STOKĠYOMETRĠ I DENEYĠN AMACI : Bir ayrıģma reaksiyonunun stokiyometrik olarak incelenmesi TEORĠK BĠLGĠ : Bir ya da birkaç maddenin yeni bir bileşik grubuna dönüştürülmesi işlemine kimyasal reaksiyon denir. Bir maddenin kimyasal reaksiyona girdiği şu özellikler gözlenerek anlaşılabilir. a- Renk değişiminin olması b- Yeni bir ürün olarak katı madde oluşumu c- Gaz çıkışının olması d- Isı enerjisi açığa çıkması veya soğurması Kimyasal reaksiyonlar düz cümlelerle değil kimyasal denklemlerle ifade edilirler. Bir kimyasal tepkimede tepkenler ve ürünlerin nicel olarak çalışılmasına da stokiyometri denir. Formüller ve kimyasal denklemlerle ilgili tüm sayısal ilişkileri içerir. Tepkenlerin ya da ürünlerin birimleri mol, litre, gram ya da diğer bazı birimler cinsinden verilse de tepkime de ürün miktarlarının hesaplanmasında genellikle mol birimi kullanılmaktadır. Denklemlerdeki ifadeler genellikle stokiyometrik faktör adı verilen dönüşüm faktörlerine çevrilmektedir ki stokiyometrik faktör de mol esasına dayanmaktadır. Örneğin; 2 CO (g) + O 2(g) 2 CO 2(g) Stokiyometrik katsayılara göre 2 molekül Karbon monoksit (CO (g) ), 1 molekül Oksijen (O 2(g) ) ile tepkimeye girerek 2 molekül Karbon dioksit (CO 2(g) ) oluşturur. Mesela burada 4,8 mol CO (g) gazı tamamen reaksiyona girmiş olsun. Oluşan CO 2(g) miktarı için, Bir kimyasal tepkimede bir madde vardan yok olmaz ve yoktan var edilemez. Bu kimyanın en temel kanunlarından biridir. Buna göre, reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamı reaksiyondan çıkan maddelerin kütleleri toplamına eşittir. Buna kütlenin korunumu yasası denir. 39

40 Kimyasal reaksiyonlarda atomların yer değiştirmesi veya elektron alışverişi ile farklı özellikte yeni maddeler meydana gelmektedir. Fakat reaksiyona giren maddelerin ve ürünlerin toplam kütleleri hep sabit olup birbirine eşittir. Bazı reaksiyonlarda özellikle yanma ve bozunma reaksiyonlarında madde kaybolmuş gibi düşünülebilir ancak gerçekte kaybolduğu zannedilen madde gaz haline dönüşmüştür. Yapılacak olan bu deneyde Potasyum kloratın (KClO 3 ) ısıl bozunması incelenecek ve elde edilen veriler de KClO 3 ün stokiyometrisinin belirlenmesinde kullanılacaktır. Daha sonra da potasyum klorat ve potasyum klorürde % KClO 3 ve % KCl belirlenecektir. Potasyum Klorat; Potasyum, Klor ve Oksijen elementlerinden oluşan bir bileşiktir ve molekül ağırlığı g/mol dür. Yangını artırıcı bir maddedir. Isıtıldığında aşağıda belirtilen tepkimeye göre ayrışmaktadır. 2 KClO 3(k) 2 KCl (k) + 3O 2(g) Burada tepken ve ürünlerin mol sayıları arasındaki bağıntı ise şöyledir; 2 n KClO3 = 2 n KCl = 3 n O2 Tepkime sonunda O 2(g) gaz olarak çıkmakta ve ortamda KCl(k) olarak kalmaktadır. Buna göre kütlesi bilinen bir KClO 3 ve KCl karışımını ısıtacak olursak ve ısıtma sonunda kütleyi tekrar tartarsak kütlenin azaldığın görürüz. Bu azalma, KClO 3 deki Oksijenin yanması sonucunda ortamdan ayrılmasından kaynaklanmaktadır. Ancak bu bozunma çok yavaş olduğu için MnO 2 katalizör olarak kullanılabilir. Katalizörün tepkime başındaki miktarı ile tepkime sonundaki miktarı aynıdır, yani tepkimede harcanmayıp sadece tepkime hızını artırmaktadır. GEREKLĠ MALZEMELER : 1 Adet analitik hassas terazi, 1 adet bek alevi, 1 adet üç ayak, 1 adet amyant tel, 1 adet tüp maşası, 1 adet deney tüpü, 1 adet spatül, 0,5 g Mangan dioksit, 2 g KClO 3, 2 g KCl. DENEYĠN YAPILIġI : Temiz ve kuru bir deney tüpü önce boş iken tartılır daha sonra 0,5 g Mangan dioksit konulur ve tüple birlikte tartılır. Tüp bek alevinde kızıl dereceye kadar ısıtılır ve soğutularak tekrar tartım yapılır. Aynı tüp içerisine spatül ucuyla potasyum klorat bırakılarak tekrar tartma işlemi yapılır. Tüpün çeperlerine hafifçe vurup sallayarak mangan dioksit ile iyice karışması sağlanır. Karıştırma işleminden sonra tüp bir sporla 45 o lik açı ile tutturularak önce yavaş yavaş daha sonra ısıyı arttırarak yaklaşık olarak 10 dakika ısıtılır (Şekil 1). Oksijenin tamamen uzaklaştığından emin olmak için bir kibrit çöpü yakılarak deney tüpünün ağız kısmına tutulur. 40

41 Eğer parlak bir alevle yanma olayı oluyorsa hala Oksijen var demektir. Deney tamamlanınca bek alevi kapatılarak deney tüpünün soğuması beklenir. Bir tüp maşası ile deney tüpü alınır ve tartım yapılır. Bu işlemler Potasyum klorat (KClO 3 ) ve Potasyum klorür (KCl) karışımı içinde uygulanır ve tartım sonuçları not edilir. ġekil 1. Deney tüpünün bek alevinde tutulması SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ A B Boş Tüpün Kütlesi Tüp ve MnO 2 Kütlesi Tüp, MnO 2 ve KClO 3 Kütlesi Isıtma Sonundaki Toplam Kütle Potasyum Kloratın Kütlesi Açığa Çıkan Oksijenin Kütlesi Açığa Çıkan Oksijenin Mol Sayısı Geride Kalan Potasyum Klorürün Kütlesi Geride Kalan Potasyum Klorürün Mol Sayısı Klorun Mol Sayısı Potasyumun Mol Sayısı Karışımın Kütlesi Kaybolan Oksijenin Kütlesi Kaybolan Oksijenin Mol Sayısı Karışımdaki KCl ün Kütlesi Karışımdaki KCl ün Mol Sayısı Karışımdaki KClO 3 ün Kütlesi Karışımdaki KClO 3 ün Mol Sayısı KClO 3 ve KCl ün Kütlece Yüzde Bileşimi 41

42 SORULAR 1. KClO 3 ve KCl ün kütlece yüzde bileşimlerini hesaplayınız. 2. Bulduğunuz değerlerden yola çıkarak Kütlenin Korunum Kanununun geçerliliğini gösteriniz. 3. 2,45 g KClO 3 bir süre ısıtıldığında 0,72 g ağırlık azalması olmuştur. KClO 3 ün % kaçı bozunmuştur? 4. 3 g KClO 3 ve KCl karışımı ısıtıldığında tüpte 2,76 g madde kalmaktadır. Karışımın yüzdesini bulunuz. 5. 1,225 g KClO 3 ın ısı ile ayrıştırılmasından elde edilecek Oksijenin 665 mm-hg ve 17 o C deki hacmini bulunuz. 6. Bir Magnezyum örneğinin 0,455 gramı, 2,315 g Oksijen gazı içinde yakılıyor ve Magnezyum Oksit oluşuyor. Tepkime sonunda 2,015 g Oksijen tepkimeye girmeden kalıyor. Oluşan Magnezyum oksidin kütlesini hesaplayınız. 7. KNO 3 ısıtılınca katı halde potasyum nitrit ile Oksijen gazına ayrışır. 5,09 g KNO 3 ın ayrışmasından geriye kalan maddenin kütlesini ve açığa çıkan Oksijenin Normal Şartlar Altındaki hacmini bulunuz. 8. Katalizör nedir ve kimyasal tepkimelerdeki işlevleri nelerdir, açıklayınız. 42

43 DENEY NO : 5 TARĠH: DENEY ADI : BĠR HĠDRATTAKĠ SU YÜZDESĠNĠN TAYĠNĠ DENEYĠN AMACI : Göz taģındaki su yüzdesini tayin etmek TEORĠK BĠLGĠ : Sulu çözeltilerinden kristallendirilen birçok madde, görünüşte kuru görünmelerine karşın ısıtıldıklarında kütlelerinde bir azalma olur. Bir madde ihtiva ettiği suyu, bünyesinde üç şekilde tutabilir. Bunlar; 1- Kimyasal Su : Maddenin bileşik halinde iken yapısında bulunan sudur. Ba(OH) 2 BaO + H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + CO 2 + H 2 O 2 NaHSO 4 Na 2 S 2 O 7 + H 2 O 2- Higroskopik Su : Higroskopik suya adsorpsiyon suyu da denilmektedir. Katı madde yüzeyine tutunmuş sudur. Genellikle o C arasında uzaklaştırılır. Ancak bunun istisnaları da bulunmaktadır. Örneğin; aktif kömürde adsorbe edilmiş su ve o C de uzaklaştırılabilmektedir. Isıtıldıklarında sularını kaybeden bazı yaygın hidratlar; ZnCl 2.6H 2 O, CoCl 2.6H 2 O, Na 2 SO 2.10H 2 O, CaSO 4.2H 2 O. 3- Kristal Suyu : Yapılarında kristal suyu içeren maddelere kristal sulu maddeler denir. Maddelerin kristal yapısı oluşurken kristal örgüsüne aldığı sudur. Kristal suyunun miktarı çoğu kez belli olduğundan bu tip suya stokiyometrik suda denilmektedir. Böyle maddelerin stokiyometrik su ihtiva edebilmeleri için belirli basınçta su buharı ihtiva eden bir atmosferde tutulmaları gerekmektedir. Örneğin; 30 o C deki buhar basınçları BaCl 2.2H 2 O için 5 mm-hg, CuSO 4.5H 2 O için 12.5 mm-hg dır. Bir numune içerisindeki % su miktarı hesaplanırken şu bağıntılar kullanılmaktadır. 43

44 eşitlikleri ile numunenin bir formül gramı içinde kaç tane su molekülü olduğu hesaplanabilir. Burada x, tamsayı ya da kesirli bir sayı olabilir. Örneğin; CuSO 4.5H 2 O, CaSO 4.½H 2 O gibi. GEREKLĠ MALZEMELER : Bir adet Analitik Hassas Terazi, 1 adet kapaklı porselen kroze, 1 adet bek alevi, 1 adet kil üçgen, 1 adet desikatör, 1 adet kroze maşası, 1 adet spatül, 1 adet cam baget, 1 adet süzgeç kağıdı, 1-1,5 g CuSO 4.5H 2 O DENEYĠN YAPILIġI : Temizlenmiş ve kurutulmuş kapaklı bir kroze amyant tel üzerine yerleştirilir ve kroze kapağı yarı açık bir şekilde birkaç dakika ısıtılır. Daha sonra kroze, kroze maşası ile bir kenara alır ve soğumaya bırakılır. Soğuyan kroze tartılıp tartım değeri bir yere not edilir. Bu işleme iki tartım arasındaki fark 0,01 g dan az oluncaya kadar devam edilir ve kroze sabit tartıma getirilir. Bir süzgeç kağıdının darası alınır ve üzerine 1-1,5 g kadar CuSO 4.5H 2 O bırakılır ve tartım değeri kaydedilir. Daha sonra tartım krozeye ilave edilerek tekrar tartım alınır. Krozenin kapağı hafif açık bırakılarak birkaç dakika ısıtılır ve renk değişimi gözlenir. ġekil 1. Kapalı Krozenin Isıtılması Renk değişimi tamamlandıktan sonra kroze maşasıyla kroze alınarak ağzı kapatılır ve desikatöre yerleştirilir. Kroze oda sıcaklığına kadar soğuduktan sonra tartılır. 44

45 Daha sonra kapağı kapatılarak yaklaşık 10 dakika kadar ısıtılır ve tekrar desikatörde aynı şekilde soğutulduktan sonra tekrar tartım alınır. İki tartım arasındaki fark 0,01 g dan az oluncaya kadar bu işleme devam edilir. Renk değişimleri ve tartım sonuçları kaydedilir. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Krozenin Ağırlığı Kroze ve Kapağının Ağırlığı Kroze ve Kapağın İlk Isıtmadan Sonraki Ağırlığı Krozenin Sabit Tartıma Geldikten Sonraki Ağırlığı Süzgeç Kağıdının Ağırlığı Süzgeç Kağıdı ve Göztaşının Ağırlığı Göztaşının Ağırlığı Kroze ve Göztaşı Ağırlığı İlk Isıtmadan Sonraki Kroze ve Göztaşının Ağırlığı İkinci Isıtmadan Sonraki Kroze ve Göztaşının Ağırlığı Üçüncü Isıtmadan Sonraki Kroze ve Göztaşının Ağırlığı Sabit Kalan Kroze ve Göztaşının Ağırlığı Uzaklaşan Suyun Ağırlığı Uzaklaşan Suyun Mol Sayısı Susuz Bakır Sülfatın Ağırlığı Susuz Bakır Sülfatın Mol Sayısı Bir Mol Susuz Bakır Sülfat Başına Düşen Suyun Mol Sayısı Hidratın Molekül Formülü ve Renk Değişimi SORULAR 1. CuSO 4 ın ısıtılması sonucunda gerçekleşen reaksiyonları yazarak yorumlayınız. 2. Bakırsülfatta hidratlaşmış sular iki türlü bağ yapar.bunlar nelerdir, açıklayınız. 3. 8,51 g MnCl 2.xH 2 O örneği ısıtılarak su uzaklaştırılıyor ve 5,41 g susuz MnCl 2 elde ediliyor. MnCl 2.xH 2 O formülündeki x değerini hesaplayınız. 45

46 DENEY NO: 6 TARİH: DENEYĠN ADI: UÇUCU BĠR SIVININ MOLEKÜL KÜTLESĠNĠN BELĠRLENMESĠ I DENEYĠN AMACI: Uçucu bir sıvının molekül kütlesini tayin etmek TEORĠK BĠLGĠ: Laboratuarda kullandığımız gazlar ile atmosferi oluşturan gazlar, basınçları düşük olduğu sürece (yaklaşık 2 atm nin altında) ideal kanununa uyarlar. Gazın basıncı azaldıkça, ideal gaz kanununun doğruluğunun arttığı gözlenmiştir. Basıncın sıfıra yaklaşmasıyla, her gerçek gaz, bir ideal gaz gibi davranır ve gazın özellikleri tam olarak hesaplanabilir. İdeal gaz kanununun sınırlı bir kanun olduğunu söyleyebiliriz. Kanun, basıncın sıfıra yaklaştığı hallerde, yani limit durumlarda tam geçerlidir. İdeal gaz denkleminin belli sınırlar arasında geçerli olması, kinetik modelle de uyum halindedir. Bu modelde, moleküllerin çok küçük oldukları ve (çarpıştıkları an için) birbirleriyle etkileşmedikleri kabul edilir. Moleküller, belirli hacme sahip oldukları ve birbirlerini itip çektikleri için, ideal halden sapmalar gözlenir. Moleküller arasındaki itme ve çekme kuvvetleri, moleküller birbirlerine yakın oldukları zaman, yani yüksek basınçlarda önem kazanır. Çok düşük basınçlarda, moleküller ortalama olarak birbirinden uzakta olduklarından, moleküller arası kuvvetler önemsiz hale gelirler. Bu şartlar altında, gerçek bir gaz ideal gaz gibi davranır. Gerçek gazları, tam olarak inceleyebilmek için, moleküller arası kuvvetleri ve moleküllerin gerçek hacimlerini dikkate alarak ideal gaz denklemini yeniden düzenlememiz gerekir. Böyle bir analiz ilk defa 1873 yılında Hollandalı fizikçi J. D. Van Der Waals tarafından yapılmıştır. Van Der Waals in yaklaşımı matematiksel bakımdan basit olmasına rağmen, gerçek gaz davranışlarını moleküller seviyede açıklayabilmektedir. Bir gaz molekülünün, içinde bulunduğu kabın çeperine yaklaştığını düşünelim. Komşu moleküller tarafından uygulanan moleküller arası çekimler, bu molekülün çepere yaptığı etkiyi yumuşatma eğilimindedir. Bu durumda, ideal bir gaz için beklediğimizden daha düşük bir gaz basıncı olur. Bütün sıvıların her sıcaklık ve basınçta molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin bir ölçüsü olan belli buhar basınçları vardır. Bu nedenle sıvı molekülleri arasında çekim kuvvetleri ne kadar büyükse sıvının buhar basıncı da o kadar düşük, tersi durumda ise o kadar yüksek olur. Uçucu bir sıvının molekül kütlesini belirlemek için ideal gaz denkleminden faydalanabilir. İdeal gazı moleküller arası çekim kuvvetinin sıfır olduğu kabul edilen noktasal parçacıklar olarak tanımlayabiliriz. Gerçekte ise gaz molekülleri arasında az veya çok molekül yapısına bağlı olarak değişen çekim kuvvetleri mevcuttur. 46

47 Biz burada sadece uçucu sıvının ideal gaz gibi davrandığını kabul edeceğiz. Buna göre ideal gaz denklemi P basınç (atm), T mutlak sıcaklık (K) ve n gazın mol sayısı olmak üzere; P.V = n.r.t Şeklinde verilebilir. Mol sayısı (n) yerine gazın kütlesi (m) ve molekül ağırlığı (Ma) arasında; eşitliği yazılabilir. İkinci eşitlik ilk denklemde yerine konulursa, M A ; elde edilir. Buradan bir gazın sabit sıcaklık ve basınçta kapladığı hacim bilinirse, gaz miktarı (n), mol cinsinden, ideal gaz denklemiyle bulunabilir. Gazın mol sayısı, gaz kütlesinin (m) molekül ağırlığına (M) bölümüne eşit olduğundan, gaz kütlesi bilinirse n = m/m bağıntısı bilinmeyen mol kütlesi M için çözülebilir. R sabiti yukarıdaki üç denklemde de 0,08205 L.atm/mol.K değerine sahiptir. Diğer birimler kullanıldığında P ve V birimleri de uygun birimler haline dönüştürülmelidir. R sabiti diğer birimler cinsinden, R = 1,987 kal/mol.k R = 8,314 joule/mol.k R = 8, erg/mol.k şeklinde verilebilir. GEREKLĠ MALZEMELER : Beher (500 ml lik), termometre, balon (100 ml lik), alüminyum folyo, pipet (5 ml lik), uçucu sıvı (görevli tarafından verilecektir). DENEYĠN YAPILIġI: 1. Temiz ve kuru bir balonu, alüminyum folyo ile birlikte tartılır. 2. Yaklaşık 3 ml uçucu sıvı balona koyduktan sonra, balonun ağzını alüminyum folyo ile sıkıca kapatılır ve kapağın ortasına bir iğne ile olabildiğince küçük bir delik açılır ml lik beheri suyla doldurulduktan sonra kaynatılır. Kaynayan suyun sıcaklığı ve atmosfer basıncı okunur. 47

48 4. Balondaki tüm sıvı balon boynunda sıvı damlacıkları kalmayıncaya dek buharlaştırıldıktan sonra, balonu kıskaçla alarak bir amyant tel üzerine koyulur. Balondaki gazın tümü yoğunlaşıncaya kadar balonun soğuması beklenir. 5. Soğuyan balonun dış yüzeyi kurulandıktan sonra kapakla birlikte aynı duyarlılıkta tartılır. 6. Balonu taşıncaya kadar suyla doldurulup, suyun hacmi bir mezürle ölçülür. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ VERĠLER: Balon ve alüminyum kapağın kütlesi Balon, alüminyum kapak ve yoğunlaşan sıvı kütlesi Kaynayan suyun sıcaklığı Atmosfer basıncı Balon hacmi İdeal gaz sabiti değeri SONUÇLAR Yoğunlaşan sıvı kütlesi Sıvı buharının yoğunluğu Yoğunlaşan sıvının mol sayısı Sıvının mol kütlesi Sıvının adı SORULAR 1. İdeal gazın özelliklerini listeleyiniz. 2. İdeal gaz denklemini yazınız ve sözcüklerle ifade ediniz. Denklemdeki her terimin birimlerini belirtiniz. 3. Van Der Waals kuvvetleri nedir? İzah ediniz. 4. Moleküller arası çekim kuvvetleri nelerdir? İzah ediniz. 48

49 DENEY NO: 7 TARĠH: DENEY ADI: GAZLARIN DĠFÜZYONU DENEYĠN AMACI: Graham ın Yayınım Yasasından yararlanarak gazların difüzyon hızlarını belirlemek. TEORĠK BĠLGĠ: Gaz moleküllerinin her yöne hızla yayılabilmeleri gazların temel özelliklerindendir. Gazlar kapladıkları hacim içinde homojen bir dağılım göstermiyorlarsa, derişimin kabın her yerinde eşit olmasını sağlayacak şekilde hareket ederler. Bir maddenin diğer bir madde içinde dağılmasına yayılma (difüzyon); özellikle bir gazın küçük bir delikten dış vakuma kaçışına da yayınım (efüzyon) denir. Yayınım, bir derişim farkı ile başlayabildiği gibi basınç ya da sıcaklık farkıyla da oluşabilir. Difüzyon ve efüzyon hızları doğrudan molekül hızları ile orantılıdır. Bu yüksek hızlı moleküllerin düşük hızlı moleküllerden daha hızlı yayılması demektir ve molekül hızı mol kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır. Düşük mol kütleli gaz moleküllerinin ortalama hızlarının yüksek ve mol kütlesinin karekökü ile ters orantılı olması Graham Kanunu olarak bilinir. GEREKLĠ MALZEMELER : Derişik HCl çözeltisi, derişik NH 3 çözeltisi, kıskaç, spor, 2 adet tıpa, 2 adet damlalık, pamuk, cetvel, 2-3 cm çapında ve cm boyunda cam boru DENEYĠN YAPILIġI: Cam boru ortasından bir sporla tutturulur. Borunun içine girebilecek büyüklükte iki pamuk parçası hazırlanır. Bunlardan birine 3 damla derişik HCl diğerine ise 3 damla derişik NH 3 damlatılır ve hemen pamuk parçaları aynı anda borunun iki ucundan içeri itilir. Borunun uçları tıpa ile kapatılır. 49

50 Bir dakika kadar sonra borunun içinde beyaz bir duman oluştuğu görülür. Beyaz dumanı daha iyi gözleyebilmek için gerekirse borunun arka tarafına siyah bir cisim konur. Beyaz dumanın ilk görüldüğü yer işaretlenir. Bu noktanın pamuklara olan uzaklığı yani her bir gazın aldığı yol ölçülür. Gazların aldıkları yol, difüzyon hızlarıdır. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Deney üç kez tekrarlanır ve ortalama değer hesaplanır. 1.Deney 2. Deney 3. Deney Ortalama Aldığı yol (cm) Aldığı yol (cm) Aldığı yol (cm) Aldığı yol (cm) X HCl X NH3 D : Dağılma hızı (ya da gazların aldıkları yol) M : Maddenin molekül ağırlığı olmak üzere; D D HCl NH3 oranı M NH 3 M HCl oranı ile karşılaştırılır. SORULAR 1. Cam boru içerisinde oluşan beyaz dumanı nasıl açıklarsınız? 2. Beyaz dumanın borunun hangi ucuna daha yakın olmasını beklersiniz? Nedenini açıklayınız. 50

51 TARĠH: Deney No: 8 DENEYĠN ADI: DAMITMA (DESTĠLASYON) VE SU BUHARI DESTĠLASYONU DENEYĠN AMACI: Bir maddeyi damıtma yoluyla saflaģtırmak, bilinmeyen bir numunenin molekül kütlesini su buharı destilasyonu ile belirlemek. TEORĠK BĠLGĠ: Laboratuar çalışmalarında elde edilen bileşiklerin ayırma ve saflaştırma yöntemlerinden en önemlisi damıtmadır. Her sıvı ve katının bir buhar basıncı vardır ve sıvı sabit basınçta (örneğin atmosfer basıncında veya indirgenmiş basınçta yani vakumda) ısıtılırsa buhar basıncı verilen ısı ile orantılı olarak artar. Sıvının buhar basıncı, dış basınca eşit olduğu andan itibaren sıvı kaynamaya başlar. Buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklığa, sıvının kaynama sıcaklığı veya kaynama noktası denir. Kaynama noktasında olan bir sıvıya daha fazla ısı verilirse sıvının sıcaklığı artmaz, ancak verilen ısı sıvının buhar haline dönüşmesini sağlar ve sıcaklık, sıvının tamamen buhar halinde uzaklaşmasına kadar sabit kalır. Sıvıların yukarıda açıklandığı şekilde ısı yardımı ile buhar haline dönüşmesi, bu buharın da tekrar yoğunlaştırılarak sıvı haline dönüştürülmesi suretiyle saflaştırılmasına damıtma denir. Damıtma üç amaçla yapılar. i. Basit damıtma, bir sıvının içerdiği yüksek kaynama noktalı safsızlıklardan kurtarılması için yapılır. Aynı zamanda, kaynama noktaları farklı olan sıvıların ayrılması içinde kullanılır. ii. Ayrımsal (fraksiyonlu damıtma), kaynama noktaları yakın olan sıvıların ayrılması için yapılır. iii. Su buharı damıtması, su ile karışmayan bir sıvının kaynama noktasından daha düşük sıcaklıkta damıtılması için yapılır. Tek bir sıvının veya sıvı karışımlarının damıtılması, kısaca basit damıtma ve ayrımsal damıtma atmosfer basıncında veya indirgenmiş basınçta (vakum) yapılabilir. Sıvı veya karışımdaki sıvılar kaynama sıcaklığında bozunmuyorsa atmosfer basıncında damıtma ile saflaştırılırlar ve işlem adi damıtma olarak isimlendirilir. Eğer, kaynama sıcaklıkları yüksekse veya bu sıcaklığa gelmeden bozunuyorlarsa, sıvılar üzerlerindeki basınç (dış basınç) düşürülerek damıtılır ve işlem indirgenmiş basınçta damıtma (vakumda damıtma) olarak isimlendirilir. 51

52 ġekil 8a. Destilasyon düzeneği ġema 1. Damıtma İşleminin Amacına Göre Damıtma Türleri Destile edilecek karışım destilasyon cihazın konarak ısıtılır. Sıvı buharı soğuk su ile soğutulan bir soğutucudan geçirilerek tekrar yoğunlaştırılır ve toplama kabında toplanılır. Bu maddeye destilat denilir. Destilatın aynı kapta toplanması işlemine sıcaklık aynı kaldığı müddetçe devam edilir. Sıcaklığın değişmeden kalması, istenen maddenin destilasyonunun devam etmekte olduğunu gösterir. 52

53 SU BUHARI DESTĠLASYONU Hemen hemen bütün sıcaklıklarda suda çözünmeyen veya az çözünen katran, yağ ve benzeri bileşiklerin ayrılmasında ve kaynama noktalarında bozunana ürünlerin özelliklerini kaybetmeden elde edilmesinde su buharı destilasyonu uygulanır. Saflaştırılacak maddelerin oda sıcaklığında sıvı halde bulunmaları gerekmektedir. Su buharının varlığında ısıtma, bileşiğin daha düşük sıcaklıkta saflaştırılmasını sağlar. Birbiriyle karışmayan sıvılardan meydana gelen sistemlerin buhar basıncı, bileşenlerin saf haldeki buhar basınçlarının toplamına eşittir. Bu nedenle böyle bir sistemin kaynama noktası, bileşenlerin kaynama noktasından daha düşük olur. Bundan faydalanarak kaynama noktası yüksek olan ve suyla karışmayan birçok bileşiğin içerisinden su buharı geçirerek daha düşük sıcaklıkta damıtmak mümkündür. Su ve su ile karışmayan bir sıvı (A) birlikte ısıtılacak olursa, su ile A sıvısının buhar basınçları toplamı, atmosfer basıncına eşit olduğu anda karışım kaynamaya başlar. Bu andaki basınç; P atm = P su + P A Mademki gazların basıncı, birim hacimdeki molekül sayısı ile doğru orantılıdır (Avagadro ilkesi), o halde P A /P su oranı da verilen hacimdeki su ve A moleküllerinin sayısı ile doğru orantılı olacaktır. Yani; Eğer W su ve W A, belirli miktarda buhar içindeki su ve A maddesinin ağırlığını gösteriyor ve M su ile M A bunların molekül ağırlığını gösteriyorsa; şeklinde yazılır. Buradan da; 53

54 ġekil 8b. Su Buharı destilasyon Düzeneği GEREKLĠ MALZEMELER : Etil alkol, destilasyon düzeneği, bunzen beki, erlen (4x50 ml) DENEYĠN YAPILIġI Öncelikle basit bir destilasyon cihazı kurulur (Şekil 8a). Çözelti halinde bulunan etil alkol ile suyun birbirinden ayrılması işlemi gerçekleştirilecektir. Destilasyon balonuna 10 ml etil alkol ve 50 ml saf su konularak iyice karıştırılır. Destilasyon için gerekli olan bağlantılar yapılır. 10 ml hacminde destilat bir mezürde toplanır. Bu arada destilasyon sıcaklığı kaydedilir. Daha sonra destilleme işlemine devam edilir. Yeniden 10 ml hacminde destilat alınır ve yine sıcaklık kaydedilir. Benzer şekilde üçüncü ve dördüncü defa 10 ar ml lik destilatlar ayrı ayrı erlenlerde toplanır. Deney düzeneği Şekil 8b de görüldüğü gibi hazırlanır. Damıtma balonuna 50 ml molekül ağırlığı belirlenecek madde ve 15 ml su konur. Suyun bulunduğu balondan, maddenin bulunduğu destilasyon balonuna buhar sağlayan boru başlangıçta açıktır. Su ısıtılmaya başlanır ve bu borudan kuvvetli buhar çıkışı başlayınca buru birleştirilir. Buhar balonun altındaki bekin alevi, saniyede bir damla akacak şekilde ayarlanır. Deneye başlamadan önce iyice temizlenmiş ve tamamen kurutulmuş 4 adet mezür hazırlanır. Her bir mezür 15 ml destilat toplanıncaya kadar bekletilir ve dolunca mezür değiştirilir. Damıtma başladıktan sonra, sıcaklık dakikada bir kaydedilmelidir. 54

55 Her bir mezürde destile olmuş su ve organik maddenin hacimleri kaydedilir. Sıcaklık, birdenbire suyun kaynama noktasına yükselir ki, bu anda damıtmaya son verilir. Değerler alındıktan sonra, gerek mezürdeki gerekse damıtma balonundaki örnekler bir ayırma hunisine alınarak sudan ayrılır ve madde, örnek atıkları şişesine konulur. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1. Gözlemlerinizi yazıp sebeplerini tartışınız. 2. Balondaki sıvı kaynamaya başlamadan önceki ve kaynamaya başladıktan sonraki sıcaklıklar arasında nasıl bir ilişki gözlediniz. 3. Deney sonucunda karışımın saflaştırılması gerçekleştirilmiş midir? Elde ettiğiniz verilere göre sonuçları karşılaştırınız. SORULAR 1. Bu deney destilasyon işleminden başka bir metotla yapılabilir mi? 2. Buhar basıncı, buharlaşma entalpisi, kaynama noktası kavramlarını tanımlayınız. 3. Sıcaklık artışı ile buhar basıncı ve buharlaşma entalpisinin nasıl değişeceğini tartışınız. 55

56 DENEY NO: 9 TARĠH: DENEY ADI: DONMA NOKTASI ALÇALMASI DENEYĠN AMACI: Donma Noktası alçalmasının bir çözeltideki çözünen madde miktarıyla nasıl değiģtiğini incelemek TEORĠK BĠLGĠ: Herhangi bir kimyasal madde bir sıvı çözücü içerisinde çözüldüğünde, çözücünün donma noktasında her zaman bir azalma gözlenir. Bu durum maddenin koligatif özellikleri ile ilgilidir. Koligatif özellikler çözünen maddenin tanecik sayısına bağlı olup çözünenin cinsine bağlı değildir. Donma noktası alçalması çözelti derişimine yani çözünenin tanecik sayısına ve çözücünün cinsine bağlıdır. Bir çözeltinin donma noktası alçalması (ΔT f ), çözeltinin molalitesi (m) ile çözücünün donma noktası düşmesi sabiti (K f ) çarpımından hesaplanabilir. K f nin birimi o C.m -1 dir. Bu değer 1 molal çözeltinin donma noktası alçalması olarak düşünülebilir. Molalite 1 kg çözücüde çözünen maddenin mol sayısıdır. ΔT f = K f x m GEREKLĠ MALZEMELER : 10 g naftalin, 5 g kükürt, termometre, geniş cam tüp, 250 ml lik cam beher, tel, iki delikli tıpa, spor ve kıskaç, üç ayak, ispirto ocağı. DENEYĠN YAPILIġI: 56

57 Şekildeki düzenek kurulur. 10 g naftalin hassas olarak tartılıp dikkatlice deney tüpüne koyulur. İki delikli mantar tüpe takılır ve deliklerden birine termometre diğerine de karıştırıcı tel takılır. Tüp içinde su bulunan beherin içine yerleştirilir. Bütün naftalin eriyinceye kadar (yaklaşık 90 o C ye kadar) su dolu beher yavaş yavaş ısıtılır (naftalin 85 o C de erir). Beherin altından ispirto ocağı çekilir ve söndürülür. Sıvı naftalini sürekli olarak karıştırırken her 30 saniyede bir sıcaklık 75 o C a düşene kadar sıcaklık okumaları kaydedilir. 5 g kükürt hassas olarak tartılıp, soğuyup katılaşmış olan naftalinin üzerine boşaltılır. Termometre ve karıştırıcı da yerleştirildikten sonra, tüpün içindekiler tamamen eriyinceye kadar su dolu beheri tekrar ısıtılır. Yukarıda belirtilen işlemlerin aynısı erimiş karışım için de uygulanır. HESAPLAMALAR: 1. Hem naftalin hem de naftalin + kükürt karışımı için sıcaklık-zaman (donma) grafiğini çizilir ve bu eğrilerden donma noktaları belirlenir. Naftalin için K f = 6,8 dir. Çözeltinin molalitesi hesaplanır. 2. Molalite, çözünen(kükürt) ve çözücünün(naftalin) kütlelerinden faydalanılarak kükürtün molekül ağırlığı bulunur. Kükürtün M A = 32 g/mol dür. 3. Çözeltinin molalitesinden faydalanılarak kükürdün molekül formülü S 8 olduğu bilindiğine göre kükürdün gerçek mol kütlesi bulunur. Kükürdün deneysel olarak bulunan mol kütlesi ile gerçek mol kütlesi karşılaştırılarak deneyin % hatası hesaplanır. SORULAR 1. Sıcaklığa karşı zaman grafiğinde yatay kısım neden oluşur? 2. Moleküler yapılı maddeler için T d = K d. m formülü ile hesaplanırken, iyonik maddeler için bu formül neden geçersizdir? 57

58 TARĠH: DENEY NO: 10 DENEYĠN ADI: ÇÖZÜNÜRLÜK VE SAFLAġTIRMA DENEYĠN AMACI: Bir karıģımdaki maddeleri çözünürlük farklarından yararlanarak saflaģtırmak ve çözünürlük değerlerini bulmak. TEORĠK BĠLGĠ: Homojen karışımlara çözelti denir. Birbirleriyle her oranda karışarak homojen bir sistem oluşturulabilen karışımlar (alkol-su) çok yaygın değildir. Genellikle belirli bir sıcaklıkta belli bir miktar çözücü içerisinde çözünebilecek madde miktarı sınırlıdır. Bu sınıra ulaşıldığında eklenen maddenin fazlası çözünmeden kalır ve çözünmeden kalan çözünen ile çözünmüş haldeki çözünen arasında bir denge vardır. Böyle bir çözeltiye doymuş ya da doygun çözelti, bu duruma da doygunluk denir. Çözücünün çözebileceği madde miktarı az ise buna da seyreltik yani doymamıģ çözelti denir. Çözeltinin birim hacminde ya da çözücünün birim kütlesinde çözünen madde miktarına derişim denir. Çözeltilerin Sınıflandırması: Çözücü ve Çözünene Göre Sınıflandırma; i. Katı-Sıvı Çözeltileri: Bir katının bir sıvıda çözünmesiyle hazırlanan çözeltilerdir(tuzlu su, şekerli su, bazlı su, v.s.). ii. Sıvı-Sıvı Çözeltileri: Bir sıvının başka bir sıvıda çözünmesiyle oluşan homojen karışımlardır(kolonya, alkol+su, v.s.). iii. Katı-Katı Çözeltileri: Bir katının başka bir katı içerisinde homojen dağılmasıyla oluşan homojen karışımlardır. Bütün alaşımlar katı-katı çözeltileridir(lehim, çelik, tunç, v.s.). iv. Gaz-Gaz Çözeltileri: En az iki gaz karışımıdır. Bütün gaz karışımları homojendir ve çözeltidir(hava, tüp gaz, v.s.). v. Gaz-Sıvı Çözeltileri: Bir gazın bir sıvıda çözünmesiyle oluģan homojen karıģımlardır (Kola, gazoz, v.s.). DeriĢime Göre Sınıflandırma; i. Seyreltik Çözeltiler: Çözücü çözebileceğinden az miktarda maddeyi çözmüşse doymamış ya da seyreltik çözeltidir. ii. Doymuş Çözelti: Çözücü çözebileceği kadar maddeyi çözmüşse doymuş çözeltidir. iii. Aşırı Doymuş Çözeltiler: Çözücü çözebileceğinden fazla maddeyi çözmüşse aşırı doymuş çözeltidir. 58

59 DeriĢim ve deriģim çeģitleri Bir çözeltinin birim hacminde çözünen maddenin gram cinsinden miktarıdır. Belirli bir miktar çözelti veya çözücüde çözünen madde miktarına derişim denir. Kütlece % Derişim: Bir çözeltinin 100 gramında çözünen maddenin gram cinsinden miktarıdır. Sabit sıcaklık ve basınçta birim hacim ya da kütle çözücüde çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Çözünürlük çözücünün ve çözünenin yapısına, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Bir maddenin çözünürlüğü aşağıdaki esaslara dayanarak belirlenebilir. 1. Kütle ölçüm yöntemi (Gravimetri): Çözünürlüğü saptanacak maddenin doygun çözeltisi tartılır ve çözücü uçurularak kalan madde tartılıp çözünürlük bulunur. 2. Hacim ölçüm yöntemi (Volumetri): Titrasyon metodu kullanılarak çözünürlük bulunur. 3. Elektrometri: Diğer iki teknikle çözünürlük bulunamıyorsa bu metot kullanılır. Bu metotta çözeltinin iletkenliği (kondüktometri) ölçülmesiyle çözünürlük saptanır. Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler i. Çözücü ve çözünenin cinsi: Her madde her maddede çözünmez. Organik bileşikler organik çözücüde inorganik bileşikler inorganik çözücüde çözünürler. Polar bileşikler polar çözücüde, apolar bileşikler apolar çözücüde çözünürler. Örneğin naftalin suda çözünmez fakat benzende çözünür. Benzer benzeri çözer. ii.sıcaklık: Sıcaklığın maddelerin çözünürlüğüne etkisi, doygun çözelti hazırlarken alınan ya da verilen ısıya bağlıdır. Az miktarda bir maddenin doygunluğa yakın bir çözelti içinde çözünmesi sırasında ısı alınırsa endotermiktir. Eğer ısı veriliyorsa bu olay da ekzotermiktir. Sıvı ve katı maddelerin hacimleri basınçla çok az değiştiğinden bu tür maddelerin sıvılardaki çözünürlüğüne basıncın etkisi çok azdır. Bununla birlikte gazların çözünürlüğü basınçtan oldukça etkilenir. William Henry nin 1803 yılında ilk kez bulduğu ve kendi adını verdiği yasaya göre Belli bir sıcaklıkta bir gazın bir sıvıdaki çözünürlüğü gazın kısmi basıncı ile doğru orantılıdır. 59

60 Henry yasası sadece seyreltik çözeltilerde ve düşük basınçlarda geçerlidir. Bu yasaya göre bir ideal gazın X i çözünürlüğü, P i kısmi basıncına bağlı olarak H i, bu gazın Henry sabiti olmak üzere X i = H i P i (T,sabit) şeklinde) yazılabilir. Endotermik çözünen maddelerin çözünürlüğü artan sıcaklıkla artar. Ekzotermik çözünen maddelerle durum tam tersidir. Fakat maddelerin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişimi ile ilgili genel bir kural yoktur. Her bir maddenin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişimi deneysel olarak bulunabilir. Örneğin KNO 3 ün çözünürlüğü sıcaklıkla üstel olarak arttığı, NaCl nin ise çözünürlüğünün çok az değiştiği, Na 2 SO 4.10H 2 O nun ise önce üstel olarak arttığı sonra çok yavaş bir şekilde azaldığı gözlenmiştir. Bu maddeler için çözünürlüğün sıcaklıkla değişim grafiği Şekil 10a daki gibidir. ġekil 10a. Bazı tuzlar için çözünürlüğün sıcaklıkla değişimi. iii. Basınç: Basınç değişimi katıların çözünürlüğünü etkilemediği halde gazların çözünürlüğünü doğru orantılı olarak etkiler. Ayrımsal Kristallendirme; Birbiri içinde çözünmüş maddeleri ayırmak için birçok yöntem kullanılabilir, bunlardan bir kaçı; damıtma, ekstraksiyon, ayrımsal kristallendirme, evoparasyondur. İki katı maddeyi ayırabilmek için kullanılabilecek bir yöntem de ayrımsal kristallendirmedir. Ayrımsal kristallendirme daha çok maddedeki safsızlıkları ayırmak için kullanılır. Bu yöntem, bir katının belli bir çözücüde sıcakta çözünüp soğukta çözünmemesi temeline dayanır. Bu yöntemi uygulamak için ayrılmak istenen iki maddeden birinin daha az, diğerinin daha çok çözündüğü bir çözücü seçilmelidir. Saflaştırılacak olan katı sıcak bir çözücüde çözülür ve daha sonra bu sıcak karışım süzülerek çözünmeyen safsızlıklar ayrıldıktan sonra, çözelti soğutularak kristallendirmeye bırakılır. İdeal olarak istenen madde kristal halde, çözünen safsızlıklar ise ana çözeltide çözünmüş halde 60

61 ayrılarak elde edilir. İşlemin sonunda kristaller bir süzgeç kağıdı yardımıyla toplanarak kurutulur. Eğer tek bir kristallendirme işlemi saflaştırmayı sağlamıyorsa, başka bir çözücü kullanarak ikinci saflaştırma işlemi yapılır. GEREKLĠ MALZEMELER : 20 g CuSO 4.5H 2 O, 9 g K 2 Cr 2 O 7, 5 g NaCl, 11 g (NH 4 ) 2 SO 4, 8 g K 2 CrO 4, 3 g K 2 SO 4, Deney tüpü, 600 ml lik beher, 10 ml lik mezür, Kıskaç, Termometre, Baget, Karıştırıcı tel, Tıpa (2), Süzgeç Kağıdı, Huni. DENEYĠN YAPILIġI ġekil 10b. Deney düzeneği 1. Bir deney tüpü ile bu tüpe uygun bir tıpa alın. Tıpanın deliğinden tel karıştırıcıyı geçirin. 2. Yukarıdaki maddelerden birini belirtilen kütlede tartın ve iyice toz haline getirdikten sonra tüpe koyun. Üzerine 10 ml damıtık su ekleyin. 3. Tel karıştırıcısı takılmış tüpü kıskaçla spora tutturun ve tüpteki çözelti tümüyle su içinde kalacak biçimde içi su dolu behere daldırın. 4. Termometreyi önce bir tıpadan geçirin, sonra bu tıpayı spora kıskaçla tutturun. 5. Termometreyi suya daldırın ve haznesi tüpe yakın bir konumda olacak şekilde cam çeperlere dokundurmadan sabitleştirin. 61

62 6. Su sıcaklığını denetleyin. Diğer taraftan su sıcaklığının beherin her tarafında aynı olması için suyu bir çam çubukla karıştırın. 7. Beherin dışına tüpte çözünmeden kalan tuz yüksekliğini işaretlemek için bir milimetrelik kağıt şerit yapıştırın. 8. Yukarıda anlatılan şekilde deney düzeneğini kurun. Suyu kaynama sıcaklığına kadar ısıtan, bu arada tüpteki çözeltiyi tel karıştırıcı ile arada bir karıştırın. 9. Isıtmayı durdurun ve tüp içindeki tel karıştırıcıyı yukarıya çekerek 10 dakika çözünmeyen tuzun çökmesini bekleyin. Çökme işlemi tüpe yavaş yavaş vurularak hızlandırılabilir. Tuzun tümü çözünmüşse ya yanlış tuz alınmış ya da tartımda hata yapılmıştır. 10. Beherdeki suyu sürekli karıştırın. Sıcaklık 85 o C ye düştüğünde kağıt şeride çözünmeden kalan tuz yüksekliğini işaretleyin ve işaretin yanına o andaki sıcaklığı kaydedin. 11. Karıştırarak soğutma işlemini sürdürün ve 70 o C, 55 o C, 40 o C ve 25 o C için de çözünmeden kalan tuz yükseklikleri ile yüksekliklerin ölçüldüğü andaki sıcaklıkları kaydedin. 12. Beherdeki suyu soğutmak için denetimli olarak soğuk su eklenebilir. 13. Yaklaşık 25 o C de çözünmeden kalan tuzu tartılmış bir süzgeç kağıdı kullanarak süzün. 14. Süzülen tuzu etüvde kurutarak süzgeç kağıdı ile birlikte tartın. Tüpü yeniden aynı konumda behere yerleştirin ve 25 o C için işaretlenen çözünmeden kalan tuz yüksekliğine kadar su ile doldurun. Bu suyun hacmini mezürle ölçün. İşlemi diğer sıcaklıklar için işaretlenen yükseklikler için yineleyin. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Tuzun adı, formülü Toplam tuz kütlesi Çözücü (su) kütlesi Süzgeç kağıdı kütlesi Süzgeç kağıdı ve 25 o C de çözünmeden kalan tuz kütlesi Farklı sıcaklıklarda çözünmeden kalan tuz hacmi Sıcaklık / o C Hacim / ml 62

63 5 o C de çözünmeden kalan tuz kütlesi 25 o C de tuz kütlesi 25 o C de kalan tuzun görünür yoğunluğu Çizelgede istenen değerlerini hesaplayın Sıcaklık / o C Çözünmeden kalan tuz kütlesi / g 10 ml suda çözünen tuz kütlesi / g 100 ml suda çözünen tuz kütlesi / g Sıcaklığa karşı 100 ml suda çözünen tuz kütlesi grafiğini çiziniz. 63

64 DENEY NO: 11 TARĠH: DENEY ADI: REAKSĠYON HIZI VE HIZ SABĠTĠNĠN BELĠRLENMESĠ DENEYĠN AMACI: Kimyasal bir reaksiyonun hızına konsantrasyonun etkisini incelemek ve reaksiyonun hız sabitinin grafik metoduyla belirlenmesi TEORĠK BĠLGĠ: Bir tepkimenin hızı, bir tepkenin ne kadar hızla tüketildiğinin veya bir ürünün hangi hızda oluştuğunun bir ölçüsüdür. Hız, birim zamanda ürün ya da girenlerden birinin konsantrasyonundaki değişim olarak ifade edilebilir. Reaksiyona giren toplam molekül sayısı reaksiyonun molekülaritesini, reaksiyon hız denkleminde yer alan konsantrasyonların üstlerinin toplamı reaksiyon mertebesini verir. Bir tepkimenin hızı, eğer tepken derişimlerine bağlı değilse sıfırıncı dereceden, tepken derişimlerinin birinci kuvvetine bağlı ise birinci derecedendir. Daha yüksek ve kesirli (tamsayı olmayan) tepkime dereceleri de vardır. Birinci mertebeden bir reaksiyon A Ürünler şeklinde gösterilebilir. Bu reaksiyonda A maddesinin başlangıç konsantrasyonu a, t anına kadar meydana gelen ürünlerden birinin konsantrasyonu x ile gösterilirse t anında ortamda A maddesinden a-x kadar kalacaktır. Reaksiyon hızı A maddesinin konsantrasyonu ile orantılı olduğuna göre; dx dt k 1 eşitliği yazılabilir. k 1 değerine birinci mertebeden reaksiyon hız sabiti adı verilir. t = 0 anında ürünün konsantrasyonunun sıfır olduğu (x = 0) göz önüne alınarak bu denklem integrali alınırsa; eşitliği elde edilir. Hız sabiti tayin etmek için a x a ln k1t a x ln a a x ile t arasında grafik çizilir. Elde edilen doğrunun eğimi k 1 değerine eşittir. Birinci mertebe hız sabitinin birimi s -1 dir. Reaksiyona giren maddenin başlangıç konsantrasyonunun yarıya inmesi için gereken zamana yarılanma süresi (t 1/2 ) adı verilir. Bu süreyi hesaplamak için yukarıdaki denklemde x yerine a/2 konulur ve gerekli işlemler yapılarak yarılanma süresi için; t 1 2 ln 2 2,303log 2 0,693 k k k

65 bağıntısı elde edilir. Bu eşitlikten de anlaşılacağı gibi birinci mertebe bir reaksiyon için yarılanma süresi başlangıç konsantrasyonundan bağımsızdır. Birinci mertebe bir reaksiyon için genel denklem ln A t A 0 kt şeklinde ifade edilir. Burada [A] t A maddesinin t anındaki konsantrasyonu ve [A] 0 A maddesinin başlangıç konsantrasyonudur. Bu denklem ln A kt ln şeklinde düzenlenebilir. ln[a] t nin t ye karşı çizilen grafiğinin eğiminden A t 0 reaksiyon hız sabiti hesaplanabilir. İkinci mertebe bir reaksiyon için A + B Ürünler şeklinde gösterilebilir. Burada A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları sırasıyla a ve b, t anına kadar meydana gelen ürünlerden birinin konsantrasyonu x ile gösterilirse t anında reaksiyon sisteminde (a-x) kadar A maddesi, (b-x) kadar da B maddesi bulunur ve reaksiyon hızı; dx dt a x b x k. 2 şeklinde yazılır. Burada k 2 ikinci mertebeden hız sabitidir. A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları birbirine eşit (a=b) alınırsa bu denklem dx dt a 2 k şeklinde yazılabilir. t=0 anında x=0 olduğu göz önüne alınarak bu eşitliğin 2 x integrali alınırsa, denklemi elde edilir. 1 1 k a x a 2 t veya x a a x Yarılanma süresi, birinci mertebeden reaksiyonlarda olduğu gibi hız denkleminde x yerine a/2 konularak hesap edilir. 1 t1 2 ak Bu bağıntıdan anlaşılacağı gibi, reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonlarının eşit olduğu hallerde ikinci mertebeden reaksiyonların yarılanma süreleri başlangıç konsantrasyonu ile ters orantılıdır. GEREKLĠ MALZEMELER: 0,1 M KIO 3 çözeltisi (Potasyum İyodat), nişasta, 0,1 M NaHSO 3 çözeltisi (Sodyum Bisülfit), Saf Su, Deney Tüpü, Pipet, Beher. 2 k 2 t 65

66 DENEYĠN YAPILIġI: Konsantrasyonun reaksiyon hızına olan etkisi, reaktantlardan birinin konsantrasyonu sabit tutularak, diğerinin konsantrasyonu değiştirilerek gözlenebilir. Deney oda sıcaklığında gerçekleştirilecektir. A çözeltisi: 0,1 M KIO 3 çözeltisi B çözeltisi: 0,1 M NaHSO 3 çözeltisi İndikatör: Nişasta çözeltisi Reaksiyonun ilk kademesi aşağıdaki şekilde gerçekleşir. IO HSO 3 I - + 3SO H + Oluşan I - - iyonları reaksiyona girmemiş IO 3 iyonları ile aşağıdaki şekilde I 2 oluşturmak üzere reaksiyon verir. 5I + 6H IO 3 3I 2 + 3H 2 O Nişasta çözeltisi moleküler iyotun ayıracıdır ve moleküler iyot ile nişasta mavi renk oluşturur. Oluşan renk ile reaksiyonun bu kademesi belirlenir. Nişasta çözeltisi kullanılmamış ise, moleküler I 2, I - iyonları ile aşağıdaki denkleme göre sarı-kahverengi I - 3 kompleksini oluşturur. I 2 + I - - I 3 0,1 M KIO 3 çözeltisinden su ile seyrelterek 5 deney tüpüne 1. 10,0 ml KIO 3 + 0,0 ml H 2 O 2. 8,0 ml KIO 3 + 2,0 ml H 2 O 3. 6,0 ml KIO 3 + 4,0 ml H 2 O 4. 4,0 ml KIO 3 + 6,0 ml H 2 O 5. 2,0 ml KIO 3 + 8,0 ml H 2 O Şeklinde, toplam hacim 10,0 ml olma koşuluyla bir seri çözelti hazırlanır. Farklı 5 tüpe de 10,0 ar ml NaHSO 3 çözeltisinden konur ve üzerlerine ikişer damla nişasta çözeltisi damlatılır. KIO 3 çözeltisinin değişik konsantrasyonları ile NaHSO 3 çözeltileri sırayla karıştırılır. Çözeltiler sıra ile karıştırılırken her biri için kronometre çalıştırılıp mavi rengin görüldüğü süre belirlenir ve - kaydedilir. Aynı deney NaHSO 3 çözeltilerine nişasta ilave edilmeksizin yapılır ve I 3 kompleksinin oluşum süreleri belirlenip kaydedilir. NiĢasta Çözeltisi: Nişasta iyot ayıracıdır. Nişasta çözeltisi saf suda ve sıcakta hazırlanır. 66

67 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ: 1. Milimetrik kağıda her iki deneme için konsantrasyon (KIO 3 )-zaman grafikleri çizilir. 2. Reaksiyonun 1. mertebeden bir reaksiyon olduğu bilindiğine göre ln[a]-t grafiği çizilerek grafiğin eğiminden reaksiyon hız sabiti belirlenir. 3. Her konsantrasyon için reaksiyon hız sabiti hesaplanır (V= kx[a]) 4. Reaksiyon hızına konsantrasyonun etkisi tartışılır. SORULAR: 1. Nitrosil klorür, NOCl, aşağıdaki denkleme göre NO ve Cl 2 gazına bozunmaktadır. 2NOCl (g) 2NO + Cl 2(g) [NOCl] 0,10 0,20 0,30 Hız(mol/L.s) 8,0x ,20x10-9 7,2x10-9 Hız denklemini ve hız sabitini belirleyiniz. 2. 2NO (g) + 2H 2(g) N 2(g) + 2H 2 O (s) reaksiyonu ile N 2 elde edilmektedir. Bu reaksiyon için tabloda verilen değerleri kullanarak, reaksiyonun hız denklemini, hız sabitini ve mertebesini hesaplayınız. Deney No [NO] [H 2 ] 1 0,60 0,15 2 0,60 0,30 3 0,60 0,60 4 1,20 0,60 N 2 Oluşumu Hızı(M/saat) 0,075 0,15 0,30 1,20 3. NO (g) + O 3 (g) NO 2 (g) + O 2 (g) reaksiyonunun farklı sıcaklıklardaki hız sabitleri t( o C) k(1/m.s) 10 9,3 x ,25 x

68 tabloda verilmiştir. Bu bilgileri kullanarak reaksiyonun aktivasyon enerjisini hesaplayınız. k ln k 1 2 E a R T1 T T1. T A + 2B Ürünler Reaksiyonunda deney sonuçları tabloda gösterilmiştir. Reaksiyonun hız denklemini ve hız sabitini hesaplayınız. Deney No [A] [B] Hız (M/s) 1 0,40 0,20 5,6 x ,80 0,20 5,6 x ,40 0,40 22,0 x

69 DENEY NO: 12 TARĠH: DENEY ADI: KATALĠZ I DENEYĠN AMACI: Reaksiyon hızına katalizörün etkisini incelemek. TEORĠK BĠLGĠ: Reaksiyonların gerçekleştirildiği kimyasal bir sistem için iki kriter önemlidir. Birincisi reaksiyon yürüyecek mi ve yürürse nereye kadar.ikinci nokta reaksiyonun ne kadar hızlı olacağıdır. Eğer ürün az ve denge sabiti küçükse reaksiyonun ne kadar hızlı olduğunun bir önemi yoktur. Diğer yandan dengeye çok yavaş ulaşıyorsa; sistemin büyük bir denge sabitinin olması ve potansiyel olarak çok yüksek bir ürün veriminin elde edilmesinin pratikte hiçbir değeri yoktur. Zorunlu haller dışında hem verimin hemde hızın elverişli olması istenir. Denge konumu ve verim kimyasal termodinamiğin kapsamında yer alırken, reaksiyon hızı kimyasal kinetiğin ana konusudur. Reaksiyon hızı; bir reaksiyonda birim zamanda reaktiflerin veya ürünlerin konsantrasyonlarındaki değişim veya kismi basınçlarındaki değişim olarak tanımlanır. Reaksiyon hızı V=k[A] n olmak üzere bir A B reaksiyonu için hız; da [ ] ka [ ] n şeklinde veya ürünler üzerinden dt db [ ] kb [ ] n şeklinde yazılır. dt Burada [A] ve [B] sırasıyla reaktif ve ürünlerin konsantrasyonu, n reaksiyon derecesi ve k hız sabitidir. Reaksiyon hız sabiti k nın sıcaklıkla değişimi ilk kez Arrhenius tarafından k Z e u Ee / RT eşitliği ile ileri sürülmüştür. Burada Z u rekasiyon için belirgin bir sabit (frekans faktörü olarak adlandırılır. Z u sabiti; moleküllerin çarpışma frekansı (z i ) ile moleküllerin reaksiyon verebilmesi için uygun çarpışmanın geometrisine ait sterik faktör (p, p daima 1 den küçüktür) ün çarpışmasına eşittir. Eşitlikte e doğal logaritma tabanı, R gaz sabiti ve T mutlak sıcaklıktır. Eğer R nin birimi Jmol -1 K -1 ise E e nin birimi de Jmol -1 K -1 olmalıdır. Yine eşitlikte Ee / RT e çarpanına Boltzman faktörü denir. Bu eşitlikten aynı sıcaklıktaki iki reaksiyon için daha yüksek aktivasyon enerjisine sahip olan tepkimenin daha küçük hız sabitine ve daha yavaş hıza sahip olduğu kolaylıkla türetilmektedir. Ayrıca hız sabiti k nın sayısal değerinin sıcaklığa ve reaksiyonun uygun çarpışma sayısına bağlı olduğu görülmektedir. 69

70 Arrhenius eşitliğinin ( k Z e u E / e RT ) doğal logaritması alınırsa; lnk = lnz u - (E e /RT) Arrhenius eşitliğinin ( k Z e u E / e RT ) ondalık logaritması alınırsa; logk = logz u (E e /2,303RT) eşitliklerine dönüşür. Arrhenius eşitliği bir doğru vermek üzere; Ee 1 log k log Zu (y = mx + n doğru denklemi) olarak yazılabilir. 2,303RT Bu eşitlikten denel olarak farklı T sıcaklıklarındaki k hız sabitleri belirlenebilir. Deney verilerinden logk ya karşı 1/T değerleri grafiğe geçirilirse; elde edilen doğrunun eğimi E e /2,303R değerini ve kayması (y eksenini kestiği noktada) logz u değerini verecektir. Böylece denel olarak E e ve Z u değerleri belirlenebilir. Eğer eşitlik farklı T 1 ve T 2 sıcaklıkları için ölçülen aynı reaksiyonun hız sabitleri k 1 ve k 2 için yukarıdaki bu eşitlik iki kez yazılıp taraf tarafa çıkarılırsa veya belirli integrali alınırsa; k2 E 1 1 log e ( ) k1 2,303R T 2 T1 eşitliği elde edilir. Bu eşitlikten iki ayrı sıcaklıktaki hız sabitleri bilinen bir reaksiyonun E e etkinleşme enerjisi hesaplanabilir. Ayrıca E e si verilen bir reaksiyonun belli bir T 1 sıcaklığındaki hız sabiti verilip diğer T 2 sıcaklığındaki hız sabiti de hesaplanabilir. ( Problem çözümlerinde eşitlikteki sabitlerin ve değişkenlerin birimlerinin uyumlu olarak alınması unutulmamalıdır) Reaksiyon hızı sabiti yerine Arrhenius eşitliği ( k Z e da [ ] ka [ ] n eşitliği şeklinde olduğu bilinmektedir. Bu eşitlikte k hız dt u E / e RT ) yazılırsa; da [ ] dt Ee / RT n Zue [ A] eşitliği elde kelimesi edilir ve reaksiyon hızının bağlı olduğu faktörler (değişkenler) bu eşitlikte özetlenmiştir. Kataliz (catalysein) iki eski yunan kelimesinden gelmektedir. Ön ek kata aşağı anlamında, -lysein fiili kırmak anlamındadır. 70

71 Potansiyel enerji Buna göre kataliz uyuyan aktifleri uyandırma veya moleküller arasındaki reaksiyonları duruduran normal kuvvetleri kırmak anlamındadır. Katalizör; dengeye gitmekte olan reaksiyonun hızını işlemde harcanmadan artıran maddedir, kataliz ise katalizör kullanılarak reaksiyonun hızının değiştirilmesi işlemidir. Daha basit ifadeyle reaksiyon hızını yükselten ve hiçbir değişikliğe uğramadan reaksiyondan çıkan maddelere katalizör, yapılan işleme ise kataliz adı verilir. Katalizörler termodinamik olarak olanaksız reaksiyonların yürümesini sağlayamazlar sadece termodinamikçe mümkün olan bir reaksiyonun hızını arttırabilir. Katalizörler reaksiyon hızını arttırarak denge konumuna daha kısa sürede gelinmesini sağlarlar. Fakat hiçbir zaman denge konumunu değiştirmezler. Katalizörün varlığında elde edilen denge konumuyla, katalizör olmadan erişilen konum aynıdır. Bir katalizör bir reaksiyonu bir başka yoldan yürüterek hızlandırır. Katalizle reaksiyonun izlediği yol değiştiğine göre katalizlenmiş bir reaksiyonun mekanizması katalizlenmemiş reaksiyonun mekanizmasından farklı olacaktır. Bu durum reaksiyonun yarı kararlı (metastable) ara ürün veya ürünler oluşturarak yürüdüğünü göstermektedir. Şekil 1 de gösterildiği gibi her oluşmuş ara ürün kendisinden öncekinden daha kararlıdır ve bundan ötürü katalizlenmiş bir reaksiyon katalizlenmemiş reaksiyonda olduğu gibi aynı ürünleri verirler. Katalizlenmiş reaksiyonlarda izlenen yolun etkinleşme enerjisi katalizlenmemiş reaksiyonlarda izlenen yolun etkinleşme enerjisinden küçük olduğundan reaksiyon daha hızlı yürür (Şekil 2). Ayrıca Şekil 2 den ilave iki saptama yapılabilir. 1- Katalizlenmiş ve katalizlenmemiş reaksiyonlar için H reaksiyon entalpisi aynıdır (Tepkimeye giren maddeler hem katalizlenmiş hem de katalizlenmemiş reaksiyonlarda aynı ürünleri verir ve katalizörün varlığı denge sabitini değiştirmez) 2- Katalizlenmemiş tepkimede ileri ve geri yürüyen reaksiyonlarda sırasıyla Ee ve Eeg şeklinde simgelenen etkinleşme enerjileri katalizlenmiş reaksiyonda aynı ölçüde düşer (Eek ve Eegk). Bu durum katalizörün her iki yöndeki reaksiyonu aynı ölçüde etkilediği ile açıklanabilir. Öyleyse bir katalizör ileriye yürüyen reaksiyonun hızını ne kadar arttırırsa, geriye yürüyen reaksiyonun hızını da aynı ölçüde arttırır. Girenler (a) (b) (a) katalizlenmemiş reaksiyon (b) katalizlenmiş reaksiyon Tepkime koordinatı Ürünle r 71

72 Potansiyel enerji ġekil 1. Katalizlenmiş ve katalizlenmemiş reaksiyonların enerji değişimleri. (a) E e E e,k (b) E eg,k E eg H Tepkime koordinatı ġekil 2. Katalizlenmiş ve katalizlenmemiş reaksiyonların enerji değişimleri Katalizörün istenilen bir ürünü oluşturma kabiliyeti seçicilik olarak tanımlanır. Bir reaksiyonun kendiliğinden oluşturduğu etkin katalizörlere ise otokatalizör denmektedir. Çoğu endüstriyel reaksiyonlar katalizör eşliğinde gerçekleşmektedir. Bunun yanında en önemli doğal biyolojik katalizörlere ise enzim adı verilir. Karmaşık yapıdaki bu organik maddeler vücut içerisinde yaşam için gerekli bütün kimyasal reaksiyonları katalizlerler. Katalizörler gibi reaksiyon hızını arttıran maddeler olduğu gibi, reaksiyon hızını azaltan maddelerde bulunmaktadır. Katalizörün aktifliğini düşürerek reaksiyon hızını yavaşlatan bu maddelere inhibitör (katalizör zehiri) denir. Örneğin, arsenik (As) aşağıdaki reaksiyonda platinin (Pt) katalizleme gücünü yok eder. Yüzeyde oluşan platin-arsenür bileşiği platinin katalitik etkinliğinin kaybolmasına yola açar. Katalizlenmiş reaksiyonlar homojen kataliz ve heterojen kataliz olmak üzere iki farklı gruba ayrılır. Homojen katalizde, reaksiyon tek fazda gerçekleşir, başka bir ifadeyle katalizör reaksiyona giren ve çıkan maddelerle aynı fazdadır. Heterojen katalizde ise reaksiyon birden çok fazda gerçekleşir. Homojen katalize örnek olarak; diazot monoksidin (N 2 O, güldürücü gaz) gaz fazındaki parçalanmasına klor gazının (Cl 2 ) etkisini verebiliriz. 2 N 2 O (g) Cl 2 2 N2(g) + O 2(g) Tepkime klor gazı (Cl 2(g) ) ile katalizlenir. Deney sıcaklığı ve özellikle de ışık varlığında gerçekleşen reaksiyonun mekanizması; Cl 2Cl ışık 2( g) ( g) 72

73 2N O 2Cl 2N 2ClO 2 ( g) ( g) 2( g) ( g) 2ClO( g) Cl2( g) O2( g) şeklindedir. Görüldüğü gibi katalizör olarak kullanılan klor gazı (Cl 2(g) ) ilk haline dönmüştür. Homojen kataliz çoğu sulu çözelti reaksiyonları içinde uygulanabilir. Çoğu sulu çözelti reaksiyonları asitler veya bazlar tarafından katalizlenir. Hidrojen peroksidin (H 2 O 2 ); 2 H 2 O 2(sulu) 2 H 2 O (s) + O 2(g) denklemine göre parçalanmasını iyodür iyonları katalizler. Katalizlenen reaksiyon için düşünülen mekanizma; H O I H O IO 2 2( sulu ) ( sulu) 2 ( s) ( sulu) H O IO H O I O şeklindedir. 2 2( sulu ) ( sulu) 2 ( s) ( sulu) ( g) Heterojen kataliz, genellikle reaksiyona giren maddelerin katalizör yüzeyinde tutunması ile yürür. Atom, iyon veya moleküllerin bir katı yüzeyinde tutunmasına adsorpsiyon (tutunma); tutunan taneciklerin yüzeyden ayrılmasına ise desorpsiyon denir. Absorpsiyon (soğurma) ise moleküllerin katı veya sıvı içerisinde homojen dağılma olgusudur. Heterojen katalizin genel yürüyüş mekanizması beş basamakta özetlenebilir. İlk basamakta moleküller yüzeye adsorplanır (tutunur). İkinci basamakta yüzeye tutunan bu reaktanlar birbiri ile reaksiyona girerek yüzeyde ürün oluştururlar. Daha sonraki son basamakta ise oluşan bu ürün yüzeyden ayrılır (desorbe olur). Heterojen katalize örnek olarak aşağıdaki tepkimeler verilebilir. N 2(g) + 3 H 2(g) Fe 2NH 3(g) CO (g) + 3 H 2(g) Ni CH 4(g) + H 2 O (g) CO (g) + 2 H 2(g) ZnO / Cr 2 O 3 CH 3 OH (g) o Ni(300 C) 3 2 ( g) 3 ( g) 2( g) CH CH OH CH CHO H 2 3 (300 o Al O C ) 3 2 ( g) 2 2( g) 2 ( g) CH CH OH CH CH H O 73

74 Bu deneyde hidrojen atomuyla potasyum permanganatın (KMnO 4 ) indirgenmesinde nitrat (NO 3 - ) iyonunun katalitik etkisi incelenecektir. Katalitik etki olmadığında bu reaksiyon çok yavaş yürümektedir. Reaksiyonu hızlandırmak için nitrat (NO - 3 ) iyonunun katalitik etkisinden faydalanılır. H + iyonunun potasyum nitrattaki (KNO 3 ) nitratı indirgemesiyle nitrit iyonu (NO - 2 ) iyonu oluşur. Asidik ortamda potasyum permanganat (KMnO 4 ), nitrit iyonunu (NO - 2 ) tekrar nitrat (NO - 3 ) iyonuna dönüştürür ve böylece katalizör olan potasyum nitrat (KNO 3 ) başlangıçtaki halini alır. Reaksiyon mekanizması; şeklindedir ve bu iki denklemin toplamından; asıl reaksiyon elde edilir. GEREKLĠ MALZEMELER: 5 adet deney tüpü, 2 adet santrifüj tüpü, santrifüj aleti, pipet, damlalık, baget, 4N H 2 SO 4, 0,1N KMnO 4, çinko granül, 0,1N KNO 3, %10 luk H 2 O 2, alüminyum tozu, iyot, KClO 3 ve MnO 2. DENEYĠN YAPILIġI: A) Üç deney tüpü alınarak bunların hepsine 1mL H 2 SO 4 ve 2 ml KMnO 4 çözeltileri konur. Bu tüplerden bir tanesi sadece karşılaştırma yapmak amacıyla kullanılır. Diğer iki tüpten sadece bir tanesine 1mL 0,1NKNO 3 (katalizör) ilave edilir. Daha sonra iki tüpe de aynı anda aynı miktar (bir spatül ucu) çinko tozu eklenir. Çözeltilerin renklerinin kaybolma hızları karşılaştırılır. B) Bir deney tüpüne, tüpün kenarına değmeyecek şekilde çok az miktarda alüminyum tozu ve iyot konur. Bir cam baget ile karıştırılır. Hiçbir reaksiyon olmadığı görülecektir. Tüpe bir damla su ilave edilir. Suyun reaksiyon hızına etkisi gözlenir. C) Bir santifürüj tüpüne %10 luk H 2 O 2 çözeltisinden 3-5 damla konur. H 2 O 2 kendi kendine parçalanamayacağından bu çözeltiye çok az mangan dioksit ilave edildiğinde reaksiyon başlar. Çıkan gazın ne olduğu tanınmaya çalışılır. D) İki deney tüpü alınarak tüpün birine sadece 1g KClO 3 konur, diğerine ise 1g KClO 3 ve spatül ucu kadar MnO 2 konur. Önce ilk tüp spora tutturularak bek alevinde ısıtılır ve çıkan gaz hortum vasıtasıyla ters tutturulmuş su dolu büretin içerisinde toplanır ve süre kaydedilir. Daha sonra ikinci tüp (MnO 2 katılmış olan) aynı şekilde bek alevinde ısıtılarak çıkan gaz su dolu ters tutturulmuş büretin içinde toplanarak süre ve gaz hacmi kaydedilir. 74

75 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1- A) daki reaksiyonu yazarak hangi tip katalizlenme olduğunu belirtiniz. 2- B) de iyot ve alüminyum arasındaki reaksiyon denklemini yazınız. 3- C) deki H 2 O 2 in parçalanma reaksiyonunu yazınız 4- B) deki deneyde suyun (H 2 O), ve C) ile D) deki deneyde MnO 2 in rolünü açıklayınız. 5- Reaksiyon hızına etki eden faktörleri araştırınız. 6- Sıvı yağların katılaştırılmasında hangi katalizörler hangi şartlarda kullanılmaktadır? Araştırınız. 7- Endüstride gerçekleştirilen homojen ve heterojen kataliz tepkimelerine birer örnek veriniz. 75

76 DENEY NO:13 TARĠH: DENEY ADI: KĠMYASAL DENGE (I) DENEYĠN AMACI: Farklı iyonların kendi aralarında yeniden düzenlenmeleriyle oluģan denge haline, konsantrasyonun etkisini kalitatif olarak incelemek. TEORĠK BĠLGĠ: Haber, azotu tespit etmek yani atmosferdeki azotu bileşiklerine dönüştürmek için bir yol arıyordu. Ancak, azot kuvvetli üçlü bağlara ve buna karşılık gelen yüksek bir bağ entalpisine sahiptir (944 kj.mol -1 ) ve bu yüzden reaksiyona yatkın değildir. Kimyacılar, azotu amonyağa dönüştürmek için aşağıdaki reaksiyonu düşünüyorlardı: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Amonyaktaki ortalama N-H bağ enerjisi sadece 388 kj.mol -1 dir ve amonyağın reksiyona yatkınlığı azotunkinden çok daha yüksektir. Haber, 20. yüzyılın başlarındaki teknolojik kaynakları kullanarak amonyak üretimi için basit, verimli ve ekonomik bir yol arıyordu. Bunu yapmak için, bir reaksiyon dengeye ulaştığında olup bitenleri anlaması gerekiyordu. Haber, bilinen miktarlarda azot ve hidrojenle yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleştirdiği bir seri deneyde, oluşan amonyak miktarını düzenli zaman aralıkları ile tayin etti. Reaksiyon stokiyometrisinden, ne kadar azot ve hidrojen kaldığını buldu. Belirli bir süre sonra, reaktiflerin bir kısmı hala ortamda bulunduğu halde, karışım bileşiminin aynı kaldığını gördü. Bileşimin değişmemesi reaksiyonun dengeye ulaştığını gösterir. Ortamdaki türlerin derişimi sabit kalmakla birlikte, moleküler seviyede kimyasal reaksiyonlar, aslında hiçbir zaman durmaz, devam eder. Ortamda olup bitenleri anlamak için; N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) şeklinde yazılan ileri reaksiyonu ve, 2NH 3 (g) N 2 (g) + 3H 2 (g) Şeklinde yazılan geri reaksiyonu göz önüne almalıyız. Bir NH 3 molekülü, N 2 ve H 2 moleküllerinin çarpışmasının ve atomların yer değişmesinin yer aldığı bir seri karmaşık basamak sonucu oluşur. Oluşan NH 3 molekülleri hem birbirleri ile hem de ortamdaki N 2 ve H 2 molekülleri ile çarpışır. Bu çarpışmaların bir sonucu olarak NH 3 molekülleri azot ve hidrojene geri bozunur. 76

77 Ürünlerin derişimleri arttıkça, ürün moleküllerinin yer aldığı çarpışmalar daha sık olur ve geri reaksiyon zamanla hızlanır. Aynı zamanda reaksiyona girenler tükenir ve ileri yöndeki reaksiyonlar yavaşalar. İki reaksiyon hızı eşitlenince, sistem dengededir. İleri ve geri reaksiyonlar, dengeye ulaştıktan sonra bile devam eder. Ancak, eşit hızdaki iki reaksiyon birbirini dengeler. Bu durumu şöyle gösteririz: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Burada, sembolü, ileri ve geri reaksiyonların aynı hızlarda hala devam ettiği kimyasal denge durumunu belirtir. Kimyasal reaksiyonlar ileri ve geri reaksiyonların hızlarının aynı olduğu bir dinamik denge durumuna ulaşır. Denge bileşiminde net bir değişme olmaz. Kimyasal dengeyi kantitatif olarak açıklamak için gerekli bağıntı, Haber çalışmalarına başlamadan çok önce, 1864 de Norveçli Cato Guldberg (bir matematikçi) ve Peter Waage (bir kimyacı) tarafından türetilmiştir. Her reaksiyonun kendine özgü bir denge sabiti vardır ve bu sabit sıcaklık değişmedikçe değişmez. Reaksiyon karışımındaki başlangıç derişimleri ne olursa olsun, belirli bir sıcaklıkta denge bileşimi daima reaksiyon için Kc değerine karşılık gelir (pratikte %5 e kadar hata olabilir. Bir denge sabitinin sayısal değerini bulabilmek için, reaksiyona gireceklerin herhangi uygun bir karışımı alınır, reaksiyonu sabit sıcaklıkta dengeye getirir, girenlerin ve ürünlerin derişimlerini ölçer ve onları Kc ifadesinde yerine koyarız. aa + bb cc+ dd elde edilir. Kimyasal dengeler dinamiktir ve bu yüzden şartlardaki değişmelere cevap verirler. Ortama bir madde ilave ettiğimizde veya ortamdan bir madde uzaklaştırdığımızda denge bileşimi bunu telafi etmek üzere kayar. Basınçlardaki değişmeler de denge bileşimini değiştirebilir. Fransız Kimyacı Henry Le Chatelier, dengedeki bir reaksiyon karışımının bileşiminin, şartlar değiştiği zaman nasıl değişme eğilimi göstereceğini kestirmek için genel bir prensip buldu. Le Chatelier Prensibi: Dinamik dengedeki bir sisteme bir etki uygulanırsa, denge bu etkinin etkisini azaltma yönünde eğilim gösterir. Bu prensip sadece bir sonuç belirtir, bir açıklama getirmez veya kantitatif bir sonuç vermez. 77

78 Dengeye ulaşmış bir kimyasal reaksiyon, denge koşulları değiştirilmediği sürece dengede kalır. Bir başka ifade ile kurulmuş bir dengenin, sıcaklık, derişim ve basıncı değiştirilmedikçe denge konumu korunur. Ancak bu faktörlerden biri veya birkaçı değiştirildiğinde reaksiyonun denge konumu bozulur ve reaksiyon yeni koşullarda dengeyi kurmak için ileriye veya geriye yürür. Koşulların değişmesi nedeniyle bozulmuş olan bir dengenin kurulması için reaksiyonun kayacağı yön Le Chatelier ilkesi ile belirlenebilir. Bu ilke "dengedeki bir sisteme etki edildiğinde, sistem bu etkiyi azaltacak yönde kayar" şeklinde ifade edilebilir. Bu ilke kimyasal denge için de geçerlidir. Şimdi derişim, sıcaklık ve basınç değişmelerinin dengedeki bir reaksiyona ne şekilde etki ettiği incelenecek olursa; a-deriģim: Dengedeki bir reaksiyon karışımına bir reaktant ilave edilirse, reaksiyon ürünler yönüne, ortamdan bir reaktant uzaklaştırılırsa, girenler yönüne kayar. Ürünlerden birinin ilavesi dengeyi girenler yönüne; ürünlerden birinin uzaklaştırılması ise, ürünler yönüne kaydırır. b-basınç: Dengedeki bir reaksiyon karışımının sıkıştırılması, reaksiyonun gaz fazı moleküllerinin sayısını azaltacak yönde ilerlemesine yol açar; bir inert gaz ilavesiyle basıncın artırılmasının denge bileşimine etkisi yoktur. c-sıcaklık: Isı veren bir reaksiyonun sıcaklığının artırılması, girenlerin oluşumunu artırır; ısı alan bir reaksiyonun sıcaklığının artırılması ürünlerin oluşumunu artırır. Gerekli Aletler ve Kimyasal Maddeler 0,002 M KSCN, 0,2 M Fe(NO 3 ) 3, Na 2 HPO 4, 0,1 M KNO 3, 4 adet deney tüpü DENEYĠN YAPILIġI 4 adet deney tüpüne 5 er ml 0,002 M KSCN çözeltisi konulur. Her deney tüpüne 2-3 damla 0,2 M Fe(NO 3 ) 3 çözeltisi eklenir. Birinci deney tüpü kontrol olarak kullanılır. İkinci tüpe birkaç damla daha Fe(NO 3 ) 3 çözeltisi daha ilave edilir. Üçüncü tüpe birkaç KSCN kristali katılır. Dördüncü tüpe ise birkaç Na 2 HPO 4 kristali konulur ve bütün tüpler çalkalanarak sonuçlar kaydedilir. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ: 1. KSCN ve Fe(NO 3 ) 3 çözeltilerinin karıştırılmasıyla oluşan renk değişiminin sebebini açıklamak için, 0,1 M KNO 3 çözeltisi ile karışım çözeltisini karşılaştırınız. 2. Fe +3 ile SCN - iyonları arasındaki denge denklemini yazınız. 3. İkinci tüpe Fe(NO 3 ) 3 çözeltisi ilavesinin dengeye etkisini açıklayınız. 78

79 4. Üçüncü tüpe KSCN kristali eklendiğindeki renk değişiminin sebebini açıklayınız. 5. Dördüncü tüpe Na 2 HPO 4 kristali ilavesinin eklenmesi sonucu görülen olayın sebebini açıklayınız. SORULAR 1. H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) Reaksiyonu için belli bir sıcaklıkta KM = 30,1 dir. Başlangıçta [HI] = 2 mol/l ise dengedeki [I 2 ] nedir? 2. A(g) + B(g) 1/2C(g) + D (g) Reaksiyonunun ekzotermik (ΔH < 0) olduğu bilindiğine göre aşağıdakilerden Hangisi ürün veriminde artışa neden olur? A. Yüksek sıcaklık, yüksek basınç B. Yüksek sıcaklık, düşük basınç C. Düşük sıcaklık, yüksek basınç D. Düşük sıcaklık, düşük basınç E. Sıcaklık ve basınç değişimleri dengeyi etkilemez 3. 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) reaksiyonu ekzotermiktir. Eğer sıcaklık arttırılırsa; A. KM değeri büyür B. KM değeri küçülür C. KM değeri değişmez D. Daha fazla SO 3 üretilir E. Denge bozulmaz 79

80 DENEY NO:14 TARĠH: DENEY ADI: ASĠDĠMETRĠK TĠTRASYON VE BĠLĠNMEYEN ASĠTĠN MOL KÜTLESĠNĠN TAYĠNĠ DENEYĠN AMACI: Konsantrasyonu bilinen bir baz çözeltisinden faydalanarak konsantrasyonu bilinmeyen bir asit çözeltisindeki asit miktarını belirlemek. TEORĠK BĠLGĠ: Bir numunedeki asit miktarının konsantrasyonu bilinen bir baz yardımıyla bulunması işlemine asidimetrik titrasyon denir. Aynı zamanda bir numunedeki baz miktarının konsantrasyonu bilinen bir asit yardımıyla bulunması işlemi de asidimetrik titrasyona girer. Bir asit ile bir baz reaksiyona girdiğinde reaksiyon ürünü olarak tuz ve çözücü oluşur. Asit ile baz arasındaki reaksiyona nötralleşme reaksiyonu denir. Asit ve bazın konsantrasyonları çoğunlukla normalite (N) cinsinden verilir. Çünkü titrasyonda ilgili madde standart bir madde ile etkileştirilir ve elde edilen maddenin eşdeğer gram sayısı kadar standart madde ilave edilir. Eşdeğer gram kadar standart çözeltinin ilave edildiği noktaya eşdeğerlik noktası denir. Titrasyon sonunu yani eşdeğerlik noktasını belirlemek için indikatör adı verilen zayıf organik asitler veya zayıf organik bazlar kullanılır. Bu noktada indikatörde bir renk değişimi gözlenir. Renk değişiminin olduğu noktaya aynı zamanda dönüm noktası da denmektedir. Konsantrasyonu bilinen reaktif (asit veya baz), dönüm noktasına erişilinceye kadar damla damla ilave edilir. Dönüm noktası, miktarı bilinmeyen çözelti içindeki maddenin eşdeğer gram sayısının hepsiyle reaksiyona girecek yeterli reaktif ilave edildiğini gösteren noktadır. Bu nokta genellikle indikatördeki renk değişimi ile tespit edilir fakat bazı durumlarda reaktif veya bilinmeyen renklidir ve indikatör olmadan da renk değişimi gözlenir. Bu deneyin birinci kısmında, miktarı bilinmeyen kuvvetli bir asit(hcl), konsantrasyonu bilinen kuvvetli bir baz olan NaOH ile titre edilecek ve asidin miktarı tespit edilecektir. Deneyin ikinci kısmında ise, molekül formülü bilinmeyen asidik bir tuzun molekül kütlesi asit-baz titrasyonu metoduyla belirlenecektir. 80

81 GEREKLĠ MALZEMELER : HCl, 0,1 N NaOH çözeltisi, 50 ml lik büret, 250 ml lik erlen, kıskaç, spor, huni. DENEYĠN YAPILIġI: 1. Kısım: Bir erlene miktarı bilinmeyen asit numunesi (HCl) konulur. Hacim az ise saf su eklenir. Daha sonra fenol ftalein indikatöründen 2-3 damla eklenir. Bu sırada çözelti renksizdir. Temiz bir büret 0,1 N NaOH ile doldurulur ve bazın seviyesi sıfır noktasına ayarlanır. Büretin musluğu yavaşça açılarak NaOH ın damla damla akması sağlanır. Bu sırada erlen sürekli çalkalanır. Renk kalıcı pembeye döndüğü anda baz akışı durdurulur. Bu nokta dönüm noktasıdır. Dönüm noktasına yaklaşıldığında damlatma işlemi biraz yavaşlatılmalı ve dikkatli olunmalıdır. Bu noktada asidin eşdeğer gram sayısı bazın eşdeğer gram sayısına eşittir. HCl + NaOH NaCl + H 2 O Asit miktarı şu formülden hesaplanabilir: g HCl = N NaOH xv NaOH x E HCl Burada g HCl, HCl nin gram miktarı; N NaOH, NaOH ın normalitesi; V NaOH, NaOH çözeltisinin mililitre cinsinden harcanan hacmi ve E HCl, HCl in milieşdeğer ağırlığıdır. 81

82 2. Kısım: Molekül formülü bilinmeyen asidik tuzdan (bu numune KHSO 4, KHC 2 O 4 gibi bir bileşik olabilir) 0,5 gram kadar hassas şekilde tartılarak temiz bir erlene konulur ve 50 ml saf suda çözülür. Üzerine 2-3 damla fenolftalein indikatörü eklenir. Büret 0,1 M NaOH çözeltisiyle 0 çizgisine kadar doldurulur. 3. Büretin musluğu deneyin birinci kısmında olduğu gibi yavaşça açılarak NaOH çözeltisinin damla damla akışı sağlanır. Bu sırada erlen sürekli çalkalanarak rengin kalıcı pembeye döndüğü anda baz akışı durdurulur. Kullanılan bazın hacmi okunarak kaydedilir. Harcanan bazın mol sayısı hesaplanır. Kullanılan asidik tuz 1 mol baz ile nötralleşme reaksiyonu verdiğinden, bu aynı zamanda katı asidin mol sayısıdır. Asidik tuzun mol kütlesi bilindiğinden molekül kütlesi hesaplanır. SORULAR 1. Fenol ftalein yerine başka indikatör kullanılabilir mi? Neden? 82

83 DENEY NO:15 TARĠH: DENEYĠN ADI: TAMPON ÇÖZELTĠLERĠN HAZIRLANMASI DENEYĠN AMACI: Tampon Çözelti Hazırlamak TEORĠK BĠLGĠ: Az miktarda asit ve baz ilavesiyle ph sını değiştirmeyen çözeltilere tampon çözelti denir. Bu çözeltilerin başka bir özelliği de seyrelme ile ph sının değişmemesidir. Tampon çözeltiler özellikle biyolojik sistemler için önemlidir. Örneğin, kan ve diğer hücre sıvıları ph= 7,4 de tamponlanmıştır. Okyanusların ph sı da, silikat ve hidrojen karbonatların varlığı sayesinde ph= 8,4 civarına tamponlanmıştır. Zayıf bir asit ile onun eşlenik bazı yani tuzu veya zayıf bir baz ile onun eşlenik asidi yani tuzundan ibaret çözeltilere tampon çözeltiler denir. Tampon çözelti, zayıf konjuge asit-baz karışımlarıdır ve proton deposu veya proton bağlayıcı görevi üstlenerek ortam ph sının aşırı değişmesini engeller. Tampon çözeltiler belli bir aralıkta ortamın ph sını dış etkilere karşı sabit tutarlar. Tampon etkisi, asetik asit dengesinin, kuvvetli bir asit veya baz ilave edildiğinde nasıl cevap verdiği göz önüne alınarak anlaşılabilir. CH 3 COOH (suda) + H 2 O H 3 O + (suda) + CH 3 COO - (suda) dengesinde asit zayıf olduğundan iyonlaşan kısım iyonlaşmayan kısım yanında ihmal edilir. Ortama asit konulduğunda, CH 3 COO - + H 3 O + CH 3 COOH + H 2 O Reaksiyonu, ortama baz konulduğunda ise, CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O Genel bir denklem haline dönüştürürsek, HA (suda) + H 2 O (s) H 3 O + (suda) + A - (suda) 83

84 bunu yeniden düzenlersek, elde edilir. Her iki tarafın eksi logaritmasını alırsak, bulunur. Buradan, Bazik bir tampon çözeltinin ph sı ise; elde edilir. Bu bağıntıya Henderson-Hasselbalch eşitliği denir. Vücudumuzdaki birçok reaksiyon, tampon ortamda yürüdüğü için kimyacılar pratik olarak ph değerini bulmak için yukarıdaki formülü kullanırlar. Pratikte bu formül kullanılarak uygun tampon seçilir ve sonra asit veya baz ilave ederek ph ayarlanır. ph, bir ph-metrede gözlenir. GEREKLĠ MALZEMELER : Balon joje (1lt lik), beher (100 ml lik), pipet (5 ml lik), Na 2 HPO 4, NaH 2 PO 4, KH 2 PO 4, KOH, ph-metre 84

85 DENEYĠN YAPILIġI 1. ph sı 7 olan 1 litre 0.2 M Fosfat Tamponunun Na 2 HPO 4 ve NaH 2 PO 4 den Hazırlanışı: denklemi veriliyor. H 2 PO H 2 O HPO H 3 O + Buna göre; Toplam molarite 0.2 M olduğuna göre, [HPO 4-2 ] = x dersek [H 2 PO 4 ] = 0,2 x olur. [HPO -2 4 ] = 0,076 M [H 2 PO 4 ] = 0,2-0,076 = 0,124 M Toplam hacim 1 litre verildiğine göre; nhpo4-2 = 0,076x1 = 0,076 mol nh 2 PO 4 = 0,124x1 = 0,124 mol alınmalıdır. Her iki iyonun sodyum tuzlarından hazırlanılması istenildiğine göre; gna 2 HPO 4 = 0,076x142 = 10,97 g gnah 2 PO 4 = 0,124x120 = 14,88 g alınıp, bir miktar saf suda çözülür ve yine saf su ile 1 litreye tamamlanır. 2. ph sı 6 olan 1 litre 0,1 M Fosfat Tamponunun KH 2 PO 4 den Hazırlanışı: KH 2 PO 4 + KOH K 2 HPO 4 + H 2 O Denklemine göre; 85

86 nkh 2 PO 4 = 0,1x1 = 0,1 mol nkh 2 PO 4 = 0,1x136 = 13,6 g O halde K 2 HPO 4 den 13,6 g alınır. 950 ml kadar saf suda çözülür ve 1 M KOH ile ph-metre kullanılarak ph = 6 olana kadar titre edilir. Daha sonra toplam hacim 1 litreye tamamlanır. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1. 0,1 mol NH 3 ile 0,2 mol NH 4 Cl suda çözülerek 1 lt lik çözelti hazırlanıyor. Karışımın ph sı nedir? (Kb = 1,76x10-5 ) 2. 25,5 g NaC 2 H 3 O 2 ın uygun hacimde 0,55 M HC 2 H 3 O 2 ile karıştırılmasıyla hazırlanan 500 ml tampon çözeltide ph nedir? 86

87 DENEY NO:16 TARĠH: DENEY ADI: ALEV EMĠSYONU DENEYĠN AMACI: Görünür bölgede emisyon yapan bazı metal iyonlarının yaydıkları ıģığın renginden faydalanarak kalitatif tayinini yapmak TEORĠK BĠLGĠ: Bir atomun elektronlarının çekirdeğe mümkün olan en yakın bulundukları pozisyonda (örneğin hidrojen için K kabuğunda bir elektron) bu elektronlar en düşük enerjili düzeydedir. Bu enerji düzeyine temel hal düzeyi denir. AtomLar bir elektrik arkı veya bek alevi ile ısıtıldıklarında, elektronlar enerji absorplayarak daha yüksek enerji düzeylerine geçerler. Bu durumdaki atomlar uyarılmış haldedir. Uyarılmış atomlar kararsız yapıdadırlar ve tekrar temel hale dönme eğilimindedirler yani elektronlar eski enerji seviyelerine dönerler. AtomLarın uyarılmış halde kalma süreleri çok kısadır. Bir elektron yüksek enerji düzeyinden daha düşük bir enerji düzeyine geçtiğinde belli bir miktar enerji yayınlar. Elektronların aldıkları enerjiyi ışık olarak vererek tekrar eski temel hallerine dönmeleri olayına emisyon denir. Yüksek enerji düzeyi ile düşük enerji düzeyi arasındaki enerji farkı bir ışık kuantumu halinde yayılır. Bu ışık kuantumunun her metal için kendine özgü bir frekansı ve dalga boyu olup karakteristik bir alev rengi ortaya çıkar. Metal atomları temel halden uyarılmış hale geçip tekrar temel hale dönmeleri sırasında yaydıkları ışığın renginden faydalanılarak teşhis edilebilir. Bu yöntemle metal iyonlarının tanınması alev testi olarak bilinir. Metal iyonlarının tanınmasında alev testi kullanışlı ve basit bir yöntemdir. Bu yöntem sadece ışık spektrumunun görünür bölgesine düşen dalga boyunda ışık yayan elementler için kullanılabilir. Birçok metal iyonu alevde buharlaştırıldığında ayırt edici renkte ışın yayar. Örneğin sodyum tuzları açık sarı renkte ışın verir. Bir cam çubuk alevde ısıtılarak yumuşatıldığında sarı renkte bir ışığın oluştuğu gözlenir. Bu sarı rengin sebebi camdan buharlaşan sodyum iyonlarıdır. Benzer şekilde yapısında sodyum içeren bir tuz çözeltisine temiz bir tel daldırılıp alevde bekletilirse oluşan sarı renk çözeltide sodyum iyonunun bulunduğunu kanıtlar. Aynı şekilde lityum iyonları kırmızı, potasyum iyonları mor ve bakır iyonları ise yeşil renkte ışık yayarlar. Bu işlem için tel olarak platin kullanılır. Platinin tercih edilme sebebi inert olmasıdır. GEREKLĠ MALZEMELER: - Platin tel - Deney tüpü - Derişik HCI çözeltisi - Bunzen beki - Sodyum, potasyum, lityum ve bakır tuzları. - Dereceli silindir, 10 ml 87

88 DENEYĠN YAPILIġI: İçerisinde hangi metal iyonunun bulunduğu bilinmeyen tuz örneklerinden bir miktar ayrı ayrı alınarak deney tüpleri içersine konulup saf su ile çözeltileri hazırlanır. Sonra sırasıyla her bir tüp üzerine bir rakam yazılır. 10 ml lik dereceli silindire bir miktar derişik hidroklorik asit konulur. (Derişik hidroklorik asit ile çalışırken dikkatli olunmalıdır.) Isıtıcının alevi renkli ışık vermeyecek şekilde ayarlanır. Alev emisyonu deneyinde kullanılan platin telde, alevi renklendiren herhangi bir yapışmış madde bulunmamalıdır. Telin ucu küçük bir halka şeklinde kıvrılır ve şöyle temizlenir: tel deney tüpündeki derişik HCI çözeltisine batırılır ve alevde kızıl dereceye kadar ısıtılır. Eğer alev renkli ise tel tekrar aside batırılır ve alevde tekrar ısıtılır. Bu işlem platin telin alevde renk vermeyinceye kadar tekrarlanır. Bir alev denemesi yapmak için temiz platin telin halkası denenecek çözeltiye batırılır ve sonra tel renksiz bir gaz alevinin oksitleyici kısmına tutulur ve oluşan renk gözlenir. Tel halkası numaralı tüpler içerisinde bulunan tuz çözeltilerine batırılır ve ısıtıcı alevine tutulur. Oluşan her bir alevin rengi gözlemlenir ve not alınır. Alev renklerine göre her bir tüp içerisindeki tuzun yapısında bulunan metal iyonu belirlenir. Metal iyonları tespit edildikten sonra çözeltiler iki grup halinde karıştırılıp tekrar alev testi uygulanır ve gözlenen alev rengi not alınır. Her bir deneme için tel hidroklorik asit içerisinde yeniden temizlenir ve temizliği kontrol edilir. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ: 1. GözlemLerinizi tablo halinde yazıp sebeplerini tartışınız. 2. Her bir saat camında bulunan tuzdaki metal iyonunu belirleyiniz. 3. Temel hal ve uyarılmış hal kavramlarını açıklayınız. 4. Farklı metal iyonları alevin rengini niçin farklı renklere boyar? Açıklayınız. 5. Çözeltiler karıştırıldıktan sonra gözlediğiniz alev renginin sebebini tartışınız. 6. Yapılan deneyde başlıca hata kaynakları neler olabilir? 88

89 DENEY NO:17 TARĠH: DENEY ADI: AMFOTERLĠK DENEYĠN AMACI: Amfoterik bir madde olan PbO 2 inn asit ve bazlara karģı davranıģını incelemek. TEORĠK BĠLGĠ: Bir maddenin aynı şartlar altında asitlere karşı baz, bazlara karşı asit gibi davranması özelliğine amfoterlik denir. Yani bu özelliğe sahip olan maddeler, asitlerin varlığında proton alır veya elektron verirken, bazların varlığında ise proton verir veya elektron alır. Amfoterlik özelliği gösteren maddelere de amfoter madde denilmektedir. Amfoter, oksit ve hidroksitleri asidik ve bazik karakterleri bir arada taşıyan element veya bileşiklerdir. Metal ve yarı metallerin bir kısmı, aminoasitler ve proteinler amfoterik özellik göstermektedir. Bunlar genellikle periyodik tablodaki orta düzeyde elektronegatifliğe ve yüksek oksitlenme sayılarına sahip metaloidler in yüksek valanslı oksitlerinden veya hidroksitlerinden oluşmaktadır. Amfoter özellik taşıyan bazı elementler; Zn, Cr, Al, Sn, Pb dur. Ayrıca bu elementlerin oksitleri ve hidroksitleri de amfoter özellik göstermektedir. Amfoter özellik gösteren ve en çok bilinen bileşik sudur. Su, amonyağın varlığında proton vererek asit gibi davranırken, H 2 O + NH 3 NH OH - Hidroklorik asitin varlığında ise proton alarak baz gibi davranmaktadır, H 2 O + HCl H 3 O + + Cl - Alüminyum nitrat çözeltisine damla damla sodyum hidroksit çözeltisi ilave edilecek olursa, alüminyum hidroksitten ibaret çökelek çözünür. Bu çözünme reaksiyonları için şu eşitlikler yazılabilir; Al(OH) 3(k) + OH - - (aq) Al(OH) 4 (aq) Al(OH) 3(k) + 3H + (aq) Al H 2 O Bu reaksiyonlardan da görüldüğü gibi alüminyum hidroksit hem asit hemde baz rolü oynamaktadır. Amfoterik bileşiklere örnek olarak, çinko hidroksit [Zn(OH) 2 ], kurşun hidroksit [Pb(OH) 2 ], krom(iii) hidroksit [Cr(OH) 3 ] verilebilir. Su ile reaksiyon verdiklerinde amfoterik hidroksitleri meydana getiren oksiasitler de amfoterik oksitler olarak sınıflandırılabilirler. 89

90 ZnO (k) + 2 H + (aq) Zn 2+ + H 2 O (bazik özellik) ZnO (k) + 2 OH - (aq) Zn(OH) 2 (asidik özellik) Cr(OH) 3(k) + OH - (aq) Cr(OH) 2 - (aq) + 2 H 2 O Cr(OH) 3(k) + 3H + (aq) Cr H 2 O Al 2 O HCl 2 AlCl H 2 O Al 2 O NaOH + H 2 O 2 NaAl(OH) 4 Amfoterik oksitler, hem asitlerle hem de bazlarla reaksiyona giren oksitlerdir. BeO, Al 2 O 3 ve Ga 2 O 3 de olduğu gibi daha hafif elementlerde amfoterlik görülmektedir. Ayrıca TiO 2 ve V 2 O 5 gibi yüksek yükseltgenme halindeki d-blok elementlerinin bazılarında görülür ve bununla birlikte SnO 2 ve Sb 2 O 5 gibi Grup 4A ve 5A daki daha ağır elementlerde de ortaya çıkar. Amfoterlik, elementler tarafından oluşturulan bağlardaki kovalent karakterin derecesiyle yakından ilgilidir. Çünkü, bu durum ya metal iyonunun kuvvetli polarlaştırıcı olması (Be da olduğu gibi) ya da kendisine bağlanan oksijen atomuyla metalin polarlaştırılması şeklinde açıklanabilir (Sb deki gibi). GEREKLĠ MALZEMELER : 1 Adet elektronik analitik hassas terazi, 1 adet santrifüj cihazı, 1 adet bunzen beki, 1 adet üç ayak, 1 adet amyant tel, 1 adet 1 ml lik pipet, 1 adet puvar, 1 adet cam baget, 2 adet santrifüj tüpü, 2 adet deney tüpü, 1 adet porselen kroze, 1 adet kroze maşası, 1 adet spatül, 1 adet piset, süzgeç kağıdı, derişik HCl, % 40 lık NaOH, PbO 2, nişasta, iyot, saf su. DENEYĠN YAPILIġI : Bir porselen krozeye çok az bir miktar PbO 2 konur ve üzerine % 40 lık NaOH çözeltisinden damla ilave edilir. Kroze, amyant tel üzerine yerleştirilerek bir bek alevinde 2-3 dakika ısıtılır, bu sırada bir baget yardımıyla karıştırılır. Daha sonra soğumaya bırakılır. Kroze içerisindeki çözelti bir santrifüj tüpüne aktarılır ve birkaç dakika santrifüjlenir. Santrifüj sonunda oluşan çökelek, üstteki sıvı kısmından bir pipet yardımıyla 5-6 damla kadar alınır ve başka bir deney tüpüne aktarılır. Buna birkaç damla seyreltik HCl ilave edildiğinde kurşun tetraklorürün karakteristik sarı rengi gözlenir. Klorürün oluşturduğu bu kurşun tetraklorür yavaş yavaş çöker. Açığa çıkan klor gazı kokusundan ya da nişastalı iyot çözeltisi ile ıslatılmış süzgeç kağıdının renginin değişmesinden anlaşılabilir. 90

91 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1- PbO 2 ile NaOH arasında gerçekleşen reaksiyonu yazınız. 2- PbO 2 ile HCl arasında gerçekleşen reaksiyonu yazınız. 3- PbO 2 nin amfoterik özelliğini yapılan deneyde nasıl ispatlanmıştır, açıklayınız. SORULAR 1. Amfoterlik kavramını açıklayarak örnekler veriniz. 2. Amfoter maddelere örnek vererek, asit ve bazlarla vermesi beklenen reaksiyonları yazınız. 3. Bir maddenin amfoter özellik gösterip göstermediği nasıl anlaşılabilir, açıklayınız. 91

92 DENEY NO:18 TARĠH: DENEY ADI: ĠNDĠRGENME-YÜKSELTGENME REAKSĠYONLARI DENEYĠN AMACI: Ġndirgenme ve yükseltgenme reaksiyonlarının incelenmesi TEORĠK BĠLGĠ: Kimyasal reaksiyonlar, genel olarak reaksiyona girenler ve ürünler arasında elektron alışverişi olanlar ve olmayanlar şeklinde iki grupta toplanabilir. Çevremizdeki tepkimelerin pek çoğu yükseltgenme-indirgenme tepkimeleridir. Bunlar fosil yakıtların yanmasından, evlerde ağartıcı maddelere kadar çeşitlilik göstermektedir. AtomLar arasında elektron alışverişi olan reaksiyonlar, yükseltgenme (oksidasyon) ve indirgenme (redüksiyon) reaksiyonları ya da kısaca redoks reaksiyonları olarak bilinmektedir. Elektron kaybının olduğu yarı tepkimelere yükseltgenme tepkimesi, elektron kazanımının gerçekleştiği tepkimelere de indirgenme tepkimesi denir. Elektron vererek yükseltgenirken karşısındaki maddeyi de indirgeyen maddeye indirgeyici veya indirgen, elektron alarak indirgenen ve karşısındaki maddeyi yükseltgeyen maddeye de yükseltgeyici veya yükseltgen denir. (a) (b) ġekil 1. Bakır varlığında Ag + (aq) ve Zn 2+ (aq) nın davranışı Metalik bakır varlığında, renksiz AgNO 3(aq) dan yer değiştiren gümüş iyonları, gümüş metali olarak toplanır ve bakır, mavi renkli Cu 2+ (aq) olarak çözeltiye geçer. (a) Cu (k) + 2 Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2 Ag (k) Cu (k), Zn(NO 3 ) 2(aq) dan gelen renksiz Zn 2+ ile yer değiştirmez. (b) Cu (k) + Zn 2+ (aq) Tepkime vermez Uzun bir metal parçası, M, elektrokimyasal çalışmalarda kullanıldığında elektrot adını almaktadır. Elektrottaki metal atomlarıyla çözeltideki metal iyonları arasında iki tür etkileşim olabilir. 92

93 a- Bir metal iyonu, M n+, elektrotla çarpışarak n elektron kazanıp bir metal atomuna, M, dönüşebilir. Bu durumda iyon indirgenir. b- Elektrottaki bir metal atomu, M, n elektron kaybeder ve M n+ iyonu olarak çözeltiye geçebilir. Bu durumda metal atomu yükseltgenir. ġekil 2. Bir Elektrokimyasal Yarı Hücre Herhangi bir redoks tepkimesi, yükseltgenme yarı tepkimesi ve indirgenme yarı tepkimesi şeklinde yazılabilir. Elektron sayıları eşitlendikten sonra toplanan yarı tepkimeler denkleştirilmiş yükseltgenme-indirgenme tepkimesini verir. Yükseltgenme : Zn (k) Zn 2+ (aq) + 2 e - İndirgenme : Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (k) Net Tepkime : Zn (k) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (k) Elektron sayıları eşitlendikten sonra toplanan yarı tepkimeler denkleştirilmiş yükseltgenmeindirgenme tepkimesini verir. Örneğin; Na 2 S 2 O 3 + KMnO 4 + H 2 O Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + MnO 2 + KOH denkleminde Na 2 S 2 O 3 deki kükürt atomu +2 değerlikten 4 e - vererek +6 değerliğe yükseltgenmiş, KMnO 4 deki +7 değerlikli Mn ise +4 değerliğe inerken 3 e - almıştır. 93

94 Bu dururmda her iki taraf için alınan ve verilen elektron sayılarını eşitlemek üzere kükürt atomunun bulunduğu Na 2 S 2 O 3 ın önüne 3, mangan atomunun bulunduğu KMnO 4 ın önüne 8 katsayısı getirilmelidir. Daha sonra diğer atomlar en sona oksijen bırakılmak suretiyle uygun katsayılarla denkleştirilir. 3 Na 2 S 2 O KMnO 4 + H 2 O 3 Na 2 SO K 2 SO MnO KOH GEREKLĠ MALZEMELER : 1 Adet elektronik analitik hassas terazi, 10 adet deney tüpü, 1 adet 400 ml lik beher, 1 adet 1 ml lik pipet, 1 adet puvar, 1 adet cam baget, 1 adet spatül, 1 adet pens, 1 adet piset, 0.1 M Zn(NO 3 ) 2 çözeltisi, 0.1 M Cu(NO 3 ) 2 çözeltisi, 0.1 M Pb(NO 3 ) 2 çözeltisi, CuSO 4 çözeltisi, derişik HCl, derişik HNO 3, NH 3, bakır, çinko, kurşun, magnezyum parçaları, saf su. DENEYĠN YAPILIġI : A-) a. Üç deney tüpü alınır ve her birine 0.1 M Zn(NO 3 ) 2 çözeltisinden 4 ml konur ve her bir tüp numaralandırılır. Birinci tüpe çinko, ikinci tüpe bakır ve üçüncü tüpe de metalik kurşun parçaları atılır. GözlemLer yazılır. b. Aynı şekilde üç deney tüpü alınır ve her birine 0.1 M Cu(NO 3 ) 2 çözeltisinden 4 ml konur ve her bir tüp numaralandırılır. Birinci tüpe çinko, ikinci tüpe bakır ve üçüncü tüpe de metalik kurşun parçaları atılır ve gözlemler kaydedilir. c. Aynı işlem 0.1 M Pb(NO 3 ) 2 çözeltisi ile tekrarlanır ve gözlemler kaydedilir. B-) a. Üç tane deney tüpü alınır ve derişik HCl den 2 ml bırakılarak tüpler numaralandırılır. Tüplere sırasıyla metalik bakır, çinko ve magnezyum parçaları atılır. Gaz çıkışı, renk, koku gibi değişimler ve gözlemler kaydedilir. b. Yukarıdaki işlem aynı şekilde derişik HNO 3 ve NH 3 içinde yapılır ve gözlemler kaydedilir. C-) Bir deney tüpüne küçük bir parça bakır atıp üzerine derişik HNO 3 den 3 ml bırakın ve 5-10 dakika bekleyip gözlemlerinizi yazın. Diğer tarafta 400 ml bir beherin yarısına kadar musluk suyu koyun ve suyu kaynatın. Deney tüpünde hazırlanan çözeltiyi kaynayan suyun içerisine boşaltarak gaz çıkışı bitene kadar bekleyin ve gözlemlerinizi not edin. D-) Bir deney tüpüne CuSO 4 çözeltisinden 2 ml bırakın ve üzerine 3 ml saf su ekleyin. Bu çözeltiye küçük bir parça çinko metalinden atın ve 5-10 dakika süreyle değişimleri gözlemleyerek not alın. 94

95 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1- A bölümünde yapılan işlemler için gerçekleşen reaksiyonların denklemlerini yazarak metalleri aktifliklerine göre sıralayınız. 2- B bölümünde yapılan işlemler için gerçekleşen reaksiyonların denklemlerini yazarak hangi metallerin hidrojeni indirgeyebileceğini söyleyiniz. 3- D bölümünde gerçekleşen reaksiyonu yazarak yorumlayınız. SORULAR 1- Halojenleri yükseltgenme şiddetlerine göre büyükten küçüğe doğru sıralayınız. 2- Bakır sülfat çözeltisini, gümüş, çinko ve demir kapların hangisinde saklayabiliriz. Nedenini açıklayınız. 3- Bazik çözeltide iyodür iyonunun (I - ), permanganat iyonu (MnO - 4 ) ile yükseltgenmesiyle iyot molekülü (I 2 ) ve mangan (IV) oksidin oluşumunu veren denkleşmiş iyonik eşitliğini yazınız. 4- H 2 C 2 O 4 + MnO H + Mn +2 + CO 2 + H 2 O P 4 + OH H 2 O PH 3 + HPO 3 reaksiyonlarını eşitleyiniz. 5- Aşağıdaki tanımlamalar için yükseltgenme-indirgenme yarı tepkimeleri ile net redoks tepkimelerini yazınız. a. Cu 2+ (aq) nin Fe (k) ile yer değiştirmesi b. Br - ün Cl 2(aq) yardımıyla Br 2(aq) a yükseltgenmesi c. Asidik çözeltide Cl - (aq) ün MnO yardımıyla ClO 3 (aq) e yükseltgenmesi d. Bazik çözeltide S (aq) ün O 2(g) yardımıyla SO 4 (aq) a yükseltgenmesi. 95

96 DENEY NO:19 TARĠH: DENEY ADI: ELEKTROKĠMYASAL HÜCRELER DENEYĠN AMACI: Bir elektrokimyasal hücrede meydana gelen olayların incelenmesi. TEORĠK BĠLGĠ: Maddelerin kimyasal enerjilerinin elektrik enerjisine dönüşümü veya elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşümü redoks reaksiyonları ile gerçekleşir. Redoks reaksiyonları, organik yaşamı canlı tutmasının yanı sıra endüstride kimyasalların üretimi, metallerin saflaştırılması, korozyon kontrolü, elektrik güç kaynaklarının üretimi gibi alanlarda kullanılan önemli reaksiyonlardır. Bu bölümde sadece kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü gözlenecektir. Tam bir devrede bir uçtan diğer uca elektron ve iyon aktarımı sürekli olarak sağlanabiliyorsa burada elektrik üretimi söz konusudur. Yani elektrik enerjisi elektron ve iyon akışı ile ilgilidir. 1. Redoks Tepkimeleri Redoks tepkimelerinde tanecikler (iyonlar, atomlar, moleküller) birbirlerinden elektron alış verişi yaparlar. Elektron verenler yükseltgenir, alanlar indirgenir. Bir redoks tepkimesinde; - Alınan elektron sayısı verilen elektron sayısına denktir. - Reaksiyonun her iki tarafı kütlece ve elektriksel yük olarak denktir. - Tepkime kendiliğinden veya enerji alarak gerçekleşirler. Örneğin; Zn(k) + Cl 2 (g) ZnCl 2 (aq) { Zn 2+ (aq) + 2Cl - (aq) } Bu reaksiyonda; Çinko (Zn), 2 elektron vererek yükseltgenmiş : Zn(k) Zn 2+ (aq) + 2e - Klor (Cl), 1 elektron alarak indirgenmiştir : Cl 2 (g) + 2e - 2Cl - (aq) Eşitliğin her iki tarafının elektriksel yükü sıfırdır (+ ve yüklerin toplamı). Elektrik üretimi kendiliğinden yürüyen redoks tepkimeler ile sağlanır. Elektron alma veya verme istekleri birbirinden farklı maddeler uygun şartlarda bir araya gelirse bir redoks tepkimesi mutlaka gerçekleşir. Maddelerin elektron alma istekleri indirgenme potansiyeli olarak tanımlanmıştır. Standart şartlardaki indirgenme eğilimleri standart elektrot potansiyeli veya standart indirgenme potansiyeli olarak belirlenmiştir. 96

97 2. Standart Ġndirgenme Potansiyeli (Elektrot Potansiyel, E 0 ) Maddelerin standart şartlarda indirgenme eğilimleri birbirleri ile deneysel olarak kıyaslanmış ve potansiyel değerleri belirlenmiştir. Yani, indirgenme potansiyelleri bağıl değerlerdir ve birimi volt (V) dur. H + nın standart şartlarda indirgenme potansiyeli sıfır kabul edilmiş ve diğer iyonların veya bileşiklerin potansiyelleri H + ile kıyaslanarak ölçülmüştür. 2H + (aq) + 2e - H 2 (g) E = 0,000 volt 0 H / H2 Bir iyonun indirgenme eğilimi H + dan daha güçlü ise elektrot potansiyeli (+) olarak işaretlenmiş, indirgenme eğilimi H + dan daha zayıf ise elektrot potansiyeli ( ) olarak işaretlenmiştir. Örneğin; Ag + (aq) + e - Ag(k) Cd 2+ (aq) + 2e - Cd(k) E = + 0,800 volt 0 Ag / Ag E = - 0,403 volt 0 2 Cd / Cd E 0 değerlerine bakıldığında Ag + nın H + e göre daha kolay indirgendiğini yani elektron alabildiğini, Cd 2+ nin ise Ag + ve H + e göre daha zor indirgendiğini söyleyebiliriz. O halde; i. Ag + /Ag ve H + /H 2 sistemlerinin uygun şartlarda birbiri ile temasta olduğunu düşündüğümüzde Ag + nın indirgenip H 2 nin de yükseltgenerek bir redoks reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşeceğini de söyleyebiliriz. ii. iii. 2 Ag + (aq) + H 2 (g) 2Ag(k) + 2 H + (aq) Yine, Ag + iyonları içeren bir çözeltiye Cd metalini daldırdığımızda bir süre sonra metalin yüzeyinin gümüş ile kaplanacağını, çözeltiye de Cd 2+ iyonlarının geçeceğini söyleyebiliriz. Çünkü Ag, Cd dan daha kolay indirgenir. Bir araya geldiklerinde çözeltideki Ag + iyonları Cd metalinden elektron kopararak metalik Ag e indirgenir ve kadmiyum metalinin yüzeyine tutunur. Elektron veren Cd atomları da +2 yüklü iyon halinde çözünerek çözeltiye geçer. 2Ag + (aq) + Cd(k) 2Ag(k) + Cd 2+ (aq) İndirgenme potansiyelleri elektrokimyasal hücreler kurularak belirlenir.lektrokimyasal Hücreler Redoks reaksiyonlarının gerçekleştiği düzeneklerdir. Genel olarak iki tip elektrokimyasal hücre vardır; a) Galvanik Hücreler (Voltanik hücreler): Redoks reaksiyonların kendiliğinden gerçekleştiği, elektrik enerjisinin üretildiği hücrelerdir. Günlük yaşantımızda kullandığımız piller birer galvanik hücredir. 97

98 Elektrik üretmek için oluşturulan bir galvanik hücre, - İki ayrı yarı hücre - Elektrotları birbirine bağlayan bir iletken tel, - Çözeltiler arasındaki iyon bağlantısını sağlayan bir tuz köprüsünden, oluşur (Şekil 1). ġekil 1. Genel olarak bir galvanik hücre şekli E = + 0,34 volt 0 2 Cu / Cu E = -0,76 volt 0 2 Zn / Zn Yarı hücre: Bir metal çubuğun kendi iyonlarını içeren bir çözeltiye daldırılmasıyla oluşan sistemlerdir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi CuSO 4 (aq) {Cu 2+ + SO 2-4 } çözeltisine daldırılmış Cu(k) çubuktan ve ZnSO 4 (aq) {Zn 2+ + SO 2-4 } çözeltisine daldırılmış Zn(k) çubuktan oluşan sistemler birer yarı hücredir. Metal çubuk, tel veya plakalara elektrot denir. Bazen elektrot terimi tüm yarı hücre için de kullanılır. Tuz Köprüsü: Genellikle iki ucu iyonların geçebileceği gözenekli bir yarı geçirgenle kapatılmış içerisinde doygun bir tuz çözeltisi bulunan U-borusu şeklindedir. Galvanik Hücrenin ÇalıĢma Sistemi: Yukarıdaki hücreyi örnek alarak bir hücredeki olayları anlamaya çalışalım. İki yarı hücre birbirine bağlandığı an aralarındaki potansiyel farkı yok etmek için Zn elektrottan Cu elektroda doğru elektronlar akmaya başlayacaktır. Çünkü bakırın indirgenme eğilimi Zn dan daha büyüktür ve Zn karşısında indirgenmek isteyecektir. Zn atomları Cu a 2 elektron vererek +2 ye yükseltgenir ve iyon halinde çözünerek çözeltiye geçer (Zn elektrot zamanla incelir ve hatta tamamen çözünür). 98

99 Zn(k) Zn 2+ (aq) + 2e - İletken tel vasıtasıyla bakır(cu) elektroda gelen elektronlar ise çözeltideki Cu 2+ iyonlarını elektrot yüzeyine çeker ve metalik bakıra indirger. Metalik bakır metal elektrot yüzeyine tutunur. Cu 2+ (aq) + 2e - Cu(k) Toplam pil reaksiyonu ise aşağıdaki gibidir; Zn(k) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(k) Çözeltilere baktığımızda bu alış veriş sonucu çözeltilerin nötralliği bozulmuş Zn çözeltisi (+) yüklenmiş, Cu çözeltisi ise ( ) yüklenmiş gibidir ama böyle bir durum olamaz. Böyle bir durum olamayacağı için de reaksiyonun başlamadan durması gerekir. İşte bu sırada tuz köprüsü devreye girer ve K + iyonları Cu çözeltisine, SO 2-4 iyonları ise Zn çözeltisine geçerek çözelti yük dengesini korurlar. Böylece bir iletken tel ve bir tuz köprüsüyle elektron ve iyon akış devresi tamamlanmıştır. Reaksiyon devam ederken iki elektrot arasına bir avometre (multimetre) konulursa elektrotlar arasındaki potansiyel farkı ve akım okunabilir. Okunan potansiyele hücre potansiyeli veya elektromotor kuvveti (emk) denir ve E pil olarak gösterilir. Pil potansiyeli zamanla azalır ve sıfıra ulaştığında tüm sistem dengeye gelmiş olur. Fakat potansiyel farkı sıfırsa artık elektrik üretimi de söz konusu değildir. Bir pilde indirgenmenin gerçekleştiği elektroda Katot, yükseltgenmenin olduğu elektroda da Anot denir. Bir pilde elektronların üretildiği elektrot yani Anot ( ) uç, elektronların tüketildiği yer yani katot (+) uç tur. b) Elektroliz Hücreleri: Elektrik enerjisi kullanarak kimyasal reaksiyonların gerçekleştirildiği hücrelerdir. Bu hücre reaksiyonları istemsizdir, yani kendiliğinden oluşmaz. Örneğin suyu H 2 ve O 2 gazlarına ayrıştırmak elektrolizle mümkündür. 3. Hücre (Pil) Potansiyelinin Hesaplanması Bir elektrokimyasal hücrenin standart elektrot potansiyeli katot ve anodun standart potansiyellerinden hesaplanır; E o pil = E 0 katot - E 0 anot Buna göre yukarıdaki hücrenin standart pil potansiyeli; E o pil = 0,34 - (- 0,76) = 1,1 Volt dur. Bir hücrenin potansiyeli sadece elektrot potansiyellerine bağlı değil aynı zamanda çözelti derişimine, sıcaklığa, alınıp verilen elektron sayısına da bağlıdır. Buna göre standart olmayan şartlarda hücre potansiyeli Nerst eşitliği ile hesaplanır. 99

100 Nerst eşitliği; E pil = E o RT pil ( ) lnq nf n: alınan ya da verilen elektron sayısı F: faraday sabiti (1 mol elektronun yükü) 9,65 x 10 4 Coulomb/mol Q: tepkimeye girenler ve ürünler arasındaki derişim ilişkisi (denge sabiti gibi yazılır). Eşitlik, doğal logaritmayı genel logaritmaya çevirerek yeniden düzenlenirse ve sabit değerler yerine konup T= 298,15 K için hesaplanırsa aşağıdaki gibi gösterilir; E pil = E o pil (0,059/n) log Q Örneğin, yukarıdaki hücre için E pil i hesaplarsak; Zn(k) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(k) E pil = E o pil (0,059/n) log [Zn 2+ ] / [Cu 2+ ] E pil = 1,1 (0,059/2) log 0,5 / 0,5 = 1,1 volt olarak bulunur. Eğer çözelti derişimleri farklı olsaydı; örneğin: [Zn 2+ ] = 0,01M, [Cu 2+ ] = 0,5M olsaydı E pil = 1,1 (0,059/2) log 0,01 / 0,5 = 1,15 volta eşit olurdu. Bir elektrokimyasal hücre için belirtilen şartlarda hesaplanan elektromotor kuvveti, E Pil, E pil = (+) ise hücre reaksiyonu ileri yönde ( ) istemlidir, E pil = (-) ise hücre reaksiyonu ters yönde ( ) istemlidir, E pil = (0) ise reaksiyon dengede dir. 4. Pil diyagramları Elektrokimyasal hücreleri yukarıdaki gibi çizmek çok açıklayıcı olmakla birlikte her zaman pratik değildir. Daha basit olarak hücre diyagramları şeklinde gösterilir. Hücre diyagramları yazılırken şu kabuller yapılır; - Anot yarı hücresi sol tarafa yazılır, - Katot yarı hücresi sağ tarafa yazılır, - Çözeltideki iyon derişimi belirtilir. - Yarı hücrelerdeki katı, sıvı, gaz faz farkları dikey bir çizgi(i) ile belirtilir, - Yarı hücreler arasındaki sınır yani tuz köprüsü iki dik çizgi (II) ile belirtilir. 100

101 Örneğin, yukarıdaki pil için hücre diyagramı aşağıdaki gibidir; Cl 2, H 2 gibi katı elektrodu olmayan bazı iyonların indirgenme ve yükseltgenmesi soy bir metal üzerinde gerçekleştirilir. Genellikle platin bir tel bu iş için en uygun katı elektrottur. Pt redoks tepkimelere karışmaz fakat elektron iletimini sağlar. Örneğin bir çözeltideki H + iyonları bir Pt elektrot üzerinde indirgenerek H 2 (g) ye indirgenir veya H 2, Pt elektrotla iletilen elektronları alarak H + ya yükseltgenir. Eğer böyle bir elektrot kullanılmışsa bu elektrot hücre diyagramları üzerinde belirtilir (Şekil 2). ġekil 2. Bir H 2 /H + yarı hücresi Bir H 2 /H + yarı hücresinin diyagramı aşağıdaki gibi yazılır; Pt H 2 (g, bar) H + (x M) GEREKLĠ MALZEMELER: 2 Adet 250 ml lik beher, 2 adet 250 ml lik balon joje, Cu ve Zn elektrot (ince levha veya tel şeklinde), CuSO 4, ZnSO 4, K 2 SO 4 (katı), krokodil bağlı iletken tel, voltmetre, U şekilli boru, pamuk, kıskaç (U boruyu tutturmak için). 101

102 DENEYĠN YAPILIġI: 1- Aşağıda belirtilen derişimlerde 250 ml Cu ve Zn çözeltileri hazırlanılır. Çözeltileri hazırlamak için önce hesaplamaları yapılır. Hücre No Cu 2+ (mol/l) Zn 2+ (mol/l) 1 0,05 0,50 2 0,25 0,50 3 0,50 0,50 4 0,50 0,25 5 0,50 0,05 2- Hazırlanılan Cu ve Zn çözeltileri iki ayrı behere konulur. Bu beherler oluşturulacak pilin yarı hücreleridir. 3- Doygun K 2 SO 4 çözeltisi hazırlanılarak U şekilli boruya doldurulur. Boruların uçları bir parça pamuk ile tıkanır. Bu ise hazırlanacak hücrenin tuz köprüsüdür. (Çözeltiyi hazırlamak için küçük bir behere birkaç spatül dolusu K 2 SO 4 koyun ve üzerine bir miktar saf su ekleyin. Dipte az bir miktar çözünmeyen tuz kalana kadar saf su ilavesi ve ısıtma ile çözünmeyi sağlayın. Sonra gerekiyorsa kaba süzgeç kağıdından süzün. 4- Cu ve Zn elektrotları zımpara kağıdı ile temizleyiniz kuru bir peçete ile sildikten sonra tartınız. TartımLarı not ediniz. 5- Cu elektrodu Cu 2+ çözeltisine, Zn elektrodu Zn 2+ çözeltisine daldırınız. Elektrotları beherin kenarına krokodillerle tutturunuz. 6- Krokodil bağlı kabloların diğer ucunu voltmetreye bağlayınız. 7- Tuz köprüsünü koymadan Voltmetrede bir akım olup olmadığına bakınız. 8- Tuz köprüsünü uçları çözeltilere girecek şekilde iki beher arasına yerleştiriniz. 9- Voltmetredeki voltajı okuyunuz. GözlemLerinizi yazınız. 10- Yarım saat sonra elektrotları çıkarınız, sürtmeden dikkatle kurutunuz ve tartınız. TartımLarı not ediniz. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1. Her hücre için anot ve katot yarı tepkimeleri ile pil tepkimesini yazınız. 2. Her hücre için başlangıç hücre potansiyellerini Nerst eşitliğini kullanarak bulunuz ve deneysel olarak bulduğunuz değerlerle karşılaştırınız. Ölçümünüzdeki % hatayı hesaplayınız. 3. Oluşturduğunuz galvanik hücreler için maksimum işi Joule cinsinden hesaplayınız. 102

103 4. Her hücre için hücre voltajının, log [Zn 2+ ] / [Cu 2+ ] ile değişimini teorik ve deneysel verilere göre çizerek inceleyiniz. Bu değişimin doğrusal mı, değil mi? Nerst eşitliğine bakarak nasıl olması gerektiğini düşününüz. SORULAR 1- Aşağıdaki iki hücre için soruları cevaplayınız. a) Cu 2+ iyonları içeren bir çözeltiye ince bir Al yaprak b) Al 3+ iyonları içeren çözeltiye ince bir bakır yaprak, daldırılırsa bir müddet sonra neleri gözlemleyebilirsiniz? Hangi reaksiyonlar gerçekleşir? Çözeltide bir değişiklik olur mu? 2- E 0 değerlerine bakarak Cu, Ni, Ag, Cr metallerini kendiliğinden Au (altın) ile kaplamanın mümkün olup olamayacağını nedenlerini belirterek söyleyiniz. Bu metalleri altın ile kaplamak için nasıl bir hücre kullanılmalıdır? 3- Ni/Ni 2+ (0,1M) ve Cd/Cd 2+ (0,1M) yarı hücrelerini kullanarak bir pil oluşturunuz. a) Katot ve anot reaksiyonlarını yazınız b) Hücre reaksiyonunu yazınız ve potansiyelini hesaplayınız. c) Pil diyagramını yazınız. d) Pilin yaptığı işi hesaplayınız. 4- Yukarıda verilen Cu/Zn pilinin potansiyelini 1,2 volt a yükseltmek için bir yol öneriniz. 5- Pt I Fe 2+ (0,1M), Fe 3+ (0,2M) II Cu 2+ (0,5M) I Cu (k) hücresi için; a) E pil değerini hesaplayınız. b) Katot, anot ve pil reaksiyonlarını yazınız. 6- Pt I H 2 (g, 1 atm) I H + (0,1M) II H + (1M) I H 2 (g, 1 atm) I Pt derişim pili için; a) E 0 pil ve E pil değerlerini hesaplayınız. b) Katot, anot ve pil reaksiyonlarını yazınız. c) E pil = 0,18 volt olması için katot hücresine hiç dokunmadan anot hücresinin ph sı kaça ayarlanmalıdır? 103

104 DENEY NO:20 TARĠH: DENEY ADI: UÇUCU BĠR SIVININ MOLEKÜL KÜTLESĠNĠN(M A ) BELĠRLENMESĠ II DENEYĠN AMACI: uçucu bir sıvının molokül kütlesini tayin etmek TEORĠK BĠLGĠ: Bütün sıvıların her sıcaklık ve basınçta molokülleri arasındaki çekim kuvvetinin bir ölçüsü olan belli buhar basınçları vardır. Bu nedenle, sıvı molokülleri arasında çekim kuvvetleri ne kadar büyükse, sıvının buhar basıncıda o kadar düşük, tersi durumda ise o kadar yüksek olur. Uçucu bir sıvının molokül kütlesinin belirlemek için ideal gaz denkleminden yararlanılabilir. İdeal gazı, moloküller arası çekim kuvvetinin sıfır olduğu kabül edilen noktasal parçacıklar olarak tanımlayabiliriz. Gerçekte ise gaz molokülleri arasında az veya çok, molokül yapısına bağlı olarak değişen çekim kuvvetleri mevcuttur. Biz burada sadece uçucu sıvının ideal gaz gibi davrandığını kabul edeceğiz. Buna göre ideal gaz denklemi P basınç(atm), T mutlak sıcaklık(k) ve n gazın mol sayısı olmak üzere, P.V= n.r.t Şeklinde verilebilir. Mol sayısı n yerine gazın kütlesi (m) ve molokül ağırlığı (MA) arasında; n=m/ma Eşitliği yazılabilir. İkinci eşitlik ilk denklemde yerine konursa, MA= m.r.t/p.v Eşitliği bulunur R sabiti yukarıdaki üç denklemde de 0,08205 lt.atm/mol.k değerine sahiptir. Diğer birimler kullanıldığında P ve V birimleri de uygun birimler haline dönüştürülmelidir. R sabiti diğer birimler cinsinden, R= 1,987 cal/mol.k R=8,314 joule/mol.k R= 8, erg/mol.k şeklinde verilebilir. Gerekli Araç Gereçler -beher 600 ml -termometre -100 ml lik balon -uçucu sıvı -pipet 5 ml - yaprağı veya sigara jelatini 104

105 DENEYĠN YAPILIġI: Kuru ve temiz bir balon kapak olarak kullanılacak jelatinle birlikte tartılır. Balona yaklaşık 5 ml kadar uçucu sıvıdan konulur ve jelatinle üzeri kapatılır. Jelatin bir toplu iğne ile delinerek balon su banyosu olarak kullanılacak olan beherin içine yerleştirilir. Beher jelatin ısınmayacak şekilde su ile doldurulur ve beher ısıtılır. Balonda son sıvı damlası kalıncaya kadar ısıtmaya devam edilir. Daha sonra balon su banyosundan çıkartılır soğutulur ve tartılır. Balonun hacmi bilinmiyorsa tamamen su ile doldurularak hacmi belirlenir. Elde edilen sonuçlar yardımı ile uçucu sıvının molokül kütlesi hesaplanır. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ: -Van der Waals kuvvetleri nedir? Kısaca açıklayınız -Moloküller arası çekim kuvvetleri nelerdir? 105

106 DENEY NO: 21 TARĠH: DENEY ADI : KATALĠZ II DENEYĠN AMACI : Reaksiyon hızına katalizörün etkisinin incelenmesi TEORĠK BĠLGĠ : Bazı reaksiyonlar çok yavaş yürür. Bu tip reaksiyonlardan sanayide daha iyi yararlanabilmek için hızlarının arttırılması gerekir. Bu amaçla katalizör olarak adlandırılan maddeler kullanılır. Katalizör denklemin stokiyometrisi bakımından gerekli olmadığı halde girdiği reaksiyonun hızını değiştiren maddelerdir. Katalizörler her zaman reaksiyon hızını arttırmazlar. Reaksiyon hızını azaltan katalizörlerde vardır. Bu tip katalizörlere inhibitör denir. Reaksiyonun kendiliğinden oluşturduğu etkin katalizörlere ise otokatalizör denmektedir. Reaksiyon hızının değiştirilmesi işlemine ise kataliz denir. Kataliz işlemi daha çok reaksiyon hızını arttırmak için uygulanır. Katalizörler sadece reaksiyon hızını arttırarak denge konumuna daha kısa sürede gelinmesini sağlarlar. Fakat hiçbir zaman denge konumunu değiştirmezler. Reaksiyon hızının bağlı olduğu faktörler: dc/dt = Zu.e Ea/RT.Cn bağıntısı ile özetlenebilir. Burada, C konsantrasyon, t zaman,zu aktif çarpışma sayısı, Ea aktifleşme enerjisi, R ideal gaz sabiti, n ise reaksiyon derecesidir. Buna göre reaksiyon hızı aktif çarpışma sayısına, aktifleşme enerjisine, sıcaklığa konsantrasyona ve reaksiyon derecesine bağlıdır. Sıcaklık arttırıldığında reaksiyon hızı daima yükselmektedir. Fakat aynı zamanda ortamdaki maddelerin termodinamik özelliklerine bağlı olarak denge konumu da değişmektedir. ÖnemLi olan en uygun sıcaklıkta en uygun verimle en kısa sürede reaksiyon ürünlerini elde etmektir. Bunun için sabit sıcaklıkta ve sabit konsantrasyonda reaksiyon hızı arttırılmalıdır. Bu şartlarda reaksiyon hızını arttırmanın tek yolu aşağıdaki denklemde de görüleceği gibi aktivasyon enerjisinin düşürülmesidir. Na/N =Zu.e-Ea/RT.Cn Burada Na ve N belirli aktifleşme enerjisine sahip olan molokül sayısını ve toplam molokül sayısını göstermektedir. Aktivasyon enerjisi kullanılan katalizörlerin aktifliklerine göre kataliz yolu ile düşük bir değere indirilebilir. Katalizleme reaksiyonu tek fazda oluşuyorsa homojen kataliz birden çok fazla oluşuyorsa heterojen kataliz adını alır. Homojen katalize örnek olarak 2 MnO 4- +3Mn H + => 5Mn H 2 O Mn 4+ + Mn 2+ +2e - => 2Mn 2+ 2Mn 3+ + C 2 O 2-4 => 2 CO 2 +Mn

107 Reaksiyonları,heterojen katalize ise; Nİ Al 2 O 3 CH 3 CH 2 OH(g) CH 3 CHO + H 2 (g) CH 3 CH 2 OH CH 2 =CH 2 (g) + H 2 O(g) 300 cco Bu deneyde hidrojen atomuyla potasyum permanganatın indirgenmesinde NO3- iyonunun katalitik 300 etkisi incelenecektir.katalitik etki olmadan reaksiyon çok yavaş olur. Ni 2KMnO H + + 3H 2 SO 4 2MnSO 4 + K 2 SO 4 +8 H 2 O Reaksiyonu hızlandırmak için NO 3- iyonlarının katalitik etkisinden faydalanılır. Nitrit iyonu, hidrojen iyonunun KNO 3 ı indirgemesiyle oluşur. Asidik ortamda KMnO 4, nitriti potasyum nitrat haline dönüştürür. Böylece katalizör sayesinde başlangıçtaki KMnO 4, yeniden oluşur. 5KNO 3 +10H + 5KNO 2 + 5H 2 O 5KNO 2 +2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 5KNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O Bu iki denklemin toplamından 2KMnO H + + 3H 2 SO 4 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O yazılabilir. GEREKLĠ MALZEMELER - deney tüpü (5 adet) - pipet - santrüfüj tüpü (2 adet) - damlalık - santrifüj - baget - 4 N H 2 SO 4-0,1 N KMnO 4 - Çinko granül - 0,5 N KNO 3 - %10 luk H 2 O 2 - alüminyum tozu - iyot - MnO 2 DENEYĠN YAPILIġI: Üç deney tüpü alınarak bunlara 0,5 ml H 2 SO 4 ve 1 ml KMnO4 çözeltisi konur. Bu tüplerden bir tanesi sadece karşılaştırma amacıyla kullanılır. Diğer iki tüpten bir tanesine 0,5 ml 0,1 N KNO 3 (katalizör) ilave edilir. Daha sonra iki tüpe de aynı anda aynı miktar (bir spatül ucu) çinko tozu eklenir. Çözeltilerin renklerinin kaybolma hızları karşılaştırılabilir. 107

108 Bir deney tüpüne, tüpün kenarına değmeyecek şekilde çok az miktarda alüminyum tozu ve iyot konulur. Bir cam baget ile karıştırılır. Hiçbir reaksiyon olmadığı görülecektir. Tüpe bir damla su ilave edilir. Suyun reaksiyon hızına etkisi gözlemlenir. Bir merkezkaç tüpüne %10 luk H 2 O 2 çözeltisinden 3-5 damla konur. H 2 O 2 kendiliğinden parçalanmayacağından bu çözeltiye çok az mangandioksit ilave edildiğinde reaksiyon başlar. Bir kibrit yakılarak tüpün ağzına yaklaştırılır ve çıkan gazın ne olduğu tanınmaya çalışılır. SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ (a) da hangi tip katalizleme vardır (a) daki her reaksiyonun denklemlini yazınız -İyot ve alüminyum arasındaki reaksiyon denklemini yazınız -H2O2 parçalanma reaksiyonunun denklemini yazınız -H2O ve MnO2 in reaksiyonlardaki rolünü açıklayınız -Bir reaksiyonda, reaksiyon hızını katalizörden başka hangi faktörler etkiler? -Sıvı yağların katılaştırılmasında hangi katalizörler hangi şartlarda kullanılmaktadır? 108

109 DENEY NO: 22 TARĠH: DENEY ADI: BĠR MADDENĠN EN BASĠT FORMÜLÜNÜN BULUNMASI DENEYĠN AMACI: Ġki Elementten OluĢan Bir BileĢiğin En Basit formülünü belirlemek. TEORĠK BĠLGĠ: Bileşiklerin kimyasal formülleri, element bileşimleri, bileşikteki elementlerin bağıl atom sayıları ve molekül yapıları hakkında bilgi verirler. En basit formül ise sadece bileşiği meydana getiren elementlerin neler olduğunu ve bu elementlerin bileşikteki bağıl atom sayıları hakkında bilgi vermektedir. Bunun dışında molekül büyüklüğü ve yapısı hakkında bilgi vermez. En basit formül bir deney sonucunda elde edilen veriler yardımıyla belirlenir. Maddenin molekül formülünü bulmak için, en basit formül bulunduktan sonra, maddenin molekül kütlesi aşağıdaki ilk denklem yardımıyla belirlenir. Buradan bulunan n katsayısının ikinci denklemde yerine konulmasıyla bileşiğin molekül formülü bulunabilir. ( En basit formül kütlesi) x n = Molekül kütlesi n x (En basit formül) = Molekül formülü Kimyasal işlemleri yapmak için gerekli olan birçok bilgi, bileşiklerin molekül formüllerinde bulunmaktadır. Bu nedenle maddelerin molekül formüllerinin tespit edilmesi gerekmektedir. Örnek olarak : CaO' de 1 atom Ca / 1atom O veya mol Ca / 1mol O yada 40.1 g Ca / 16.0 g O ile birleşerek 56.1 g CaO bileşiği oluşmaktadır. Ġki Elementten OluĢan Maddenin En Basit Formülünün Bulunması: 1,2 g karbon ve 3,2 g oksijen birleşerek 4,4 g karbon dioksit meydana getirirler. Bileşiği oluşturan miktarlar bilindiğinden bu miktarlar mol cinsine çevrilir. 1,2 g C / 12 gc = 0,1 mol C, 3,2 g O / 16 g O = 0,2 mol O n C = 0,1 mol n O = 0,2 mol C= 0,1 / 0,1 =1 O= 0,2 / 0,1 = 2 C 1 O 2 veya CO 2 Şu halde bileşiğin en basit formülü CO 2 şeklindedir. Bu formül bileşikteki bağıl atom sayılarını da göstermektedir. Eğer bir maddenin formülü deneyle bir kez bulunmuşsa artık deney yapılmaksızın bu formül ile tüm hesaplamalar yapılabilir. Mesela, kalsiyum oksidin ( CaO ) in formülü biliniyorsa 1,2 g Ca ile ne kadar oksijenin reaksiyona gireceği ve oluşacak CaO in miktarı bulunabilir. (16,0 g O / 40,1 g Ca ) x 1,2 g Ca = 0,478 g oksijen reaksiyona girecek ve 1,2 + 0,478 = 1,68 g CaO oluşacaktır. 109

110 Bu hesap neticesinde bulunan sonuca '' Teorik değer'' denir. Gerçekte reaksiyonlar her zaman tam anlamıyla tamamlanamazlar. Bu yüzden teorik değer ile deneysel değerler arasında farklılık olur. Bu durumda verim hesabı yapmak gerekir. (Deneysel değer / Teorik değer) x 100 = % verim Verim Hiçbir zaman %100 den fazla olamaz. Deneysel değerle teorik değer ancak ideal halde birbirine eşit olur. GEREKLĠ MALZEMELER Emniyet gözlüğü, kapaklı nikel kroze, magnezyum şerit, amyant tel, metal veya tahta maşa, piset DENEYĠN YAPILIġI: Bu deneyde emniyet açısından gözlük takılması gerekir. Kapaklı bir metal kroze iyice yıkanıp kurutulur ve tartılır, tartım kaydedilir. 0,6 g civarında magnezyum şerit alınır ve eğer varsa üzerindeki oksit tabakası beyaz temiz bir kâğıtla silinerek uzaklaştırılır. Temizlenmiş magnezyum şerit kroze içine konularak kapağı ile birlikte tartılır, tartım kaydedilir. Krozenin kapağı hafif aralık bırakılarak bek alevinde 10 dakika ısıtılır. Bu işleme kroze içindeki magnezyum şeritin tamamı beyaz toz haline gelinceye kadar devam edilir. Bu toz magnezyum oksit ve magnezyum nitrit karışımından ibarettir. Kroze soğuması için bir tel amyant üzerine bırakılır. Soğutulmuş kroze içine 10 damla su ilave edilir. Bu işlem sonucunda magnezyum oksit ve magnezyum nitrit, magnezyum hidroksite [Mg(OH) 2 ] e dönüşür. Kroze, önce bek alevinde yavaş, daha sonra şiddetli bir şekilde 3 dakika süreyle ısıtılır. Isıtma işlemi sonrasında magnezyum hidroksitin tamamı magnezyum oksite dönüşür. Kroze amyant üzerinde soğumaya bırakılır. Soğutulmuş kroze tartılır ve tartım kaydedilir. Sonuçların güvenilirliği açısından yukarıdaki işlemler tekrarlanarak ilk yapılan işlem sonuçları ile karşılaştırılır. 110

111 DENEY NO: 23 TARĠH: DENEY ADI: STOKĠYOMETRĠ DENEYĠN AMACI: Bir ayrıģma reaksiyonunun stokiyometrik açıdan incelenmesi. TEORĠK BĠLGĠ: Kimyanın, kimyasal formuller ve reaksiyonlardaki kütle bağıntıları ile ilgilenen bölümüne ''STOKİYOMETRİ'' denir. Stokiyometri, kimyasal formul fikrine dayanan kimyasal denklem kavramı ile ilgilidir. Kimnyasal olayların kantitatif olarak değerlendirilmesi, atom kütlesi kavramı esas alınarak gerçekleştirilir. İlgili madde miktarları atom kütlelerinden yararlanılarak hesaplanabilir. Bu deneyde, stokiyometrinin bir uygulaması olmak üzere KCIO 3 ın ayrışma reaksiyonu incelenecek ve bulunan sonuçlasrdan bir KCIO 3 + KCI karışımını analiz etmekte yararlanılacaktır. KClO 3 kuvvetli bir şekilde ısıtılırsa, KCI ve O 2 ye ayrışır ve oksijenin tamamı uçurulabilir. 2KClO 3 (k) 2KCI(k) +3O 2 (g) Bir potasyumklorat-potasyum klorür(kclo 3 +KCI) karışımı ısıtıldığında meydana gelen kütle kaybı sadece KCIO 3 tan çıkan oksijenden ileri gelir. Bundan faydalanılarak baştaki karışımda ne kadar KClO 3 bulunduğunu hesaplamak mümkündür. KCIO 3 ün bozunma hızını artırmak için mangan dioksit (MnO 2 ) katalizör ü kullanılabilir. Bilindiği gibi katalizörler reaksiyon hızını pozitif yönde etkiler. GEREKLĠ MALZEMELER: Deney tüpü (2 adet), spatül, tahta veya metal maşa, MnO 2, KCIO 3 ve KCl DENEYĠN YAPILIġI: a) Temiz ve kuru bir deney tüpüne bir spatül ucu kadar MnO 2 konur ve tüp içindekiyle birlikte hassas şekilde tartılır. Deney tüpü avuç içine hafifçe vurulmak suretiyle içindeki maddenin karışması sağlanır. Tüp 45 derecelik açıyla spora tutturulur ve bek alevinde hafifçe ısıtılır. Bu işleme katı madde eriyinceye kadar devam edilir. Katı tamamen eridikten sonra tüp birkaç dakika mümkün olduğu kadar şiddetle ısıtılır. b) Temiz ve kuru bir deney tüpüne yine bir spatül ucu kadar MnO 2 konur ve hassas şekilde tartılır. Bilinmeyen bir KCIO 3 + KCI karışımı alınır. Bu karışımdan 1g deney tüpüne konur ve tekrar tartılır. Avuç içine vurularak iyice karışması sağlanır. Daha sonra yukarıda anlatıldığı şekilde ısıtılır, soğumaya bırakılır. 111

112 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 1-Uçurulan oksijenin kütlesi ve atom-gram sayısı, 2-Oluşan potasyum klorürün kütlesi ve mol sayısı, 3-Orijinal numunedeki potasyumun, klorun ve oksijenin atom gram sayıları ve potasyum kloratın en basit formülünü hesaplayınız. 112

113 DENEY NO:24 TARĠH: DENEY ADI: SÜBLĠMLEġME VE ERĠME NOKTASI TAYĠNĠ DENEYĠN AMACI: Bir maddenin süblimleģme veya erime noktasını tayin etmek TEORĠK BĠLGĠ: Maddelerin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç temel hali vardır. Bu üç durum arasında her madde için belirli şartlar sağlandığında geçişler olabilir. Bütün sıvıların buhar fazı bulunduğu gibi katıların üzerinde de buhar fazı mevcuttur ve sıvıların olduğu gibi katıların buhar basınçları da sıcaklıkla değişim gösterir. Sıvıların buharlaşma entalpisi (H b ) yerine katıların buharlaşmasında süblimleşme entalpisi (H s ) ifade edilir. Sabit basınç altında bir maddenin doğrudan katı halden gaz hale geçmesi olayına SüblimLeşme, bunun için gerekli ısıya süblimleşme entalpisi denir. Yine aynı şekilde sabit basınç altında bir katı maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime ve gerekli ısıya erime entalpisi denir. Erime süblimleşme olaylarında sisteme dışarıdan enerji verildiğinden entalpilerin işaretleri pozitiftir. Yalnız süblimleşme olayında erime basamağı atlandığından, buharlaşma,erime ve süblimleşme arasında H s =H e +H b eşitliği yazılabilir. Süblimeleşme yoluyla maddeler istenilen şekilde temizlenerek saflaştırılabilirler. Çeşitli sebeplerden dolayı maddenin bir çözücü ile tekrar kristallendirilmesinde herhangi bri güçlük olduğu zaman süblimleştirme özellikle tercih edilen bir yöntemdir. Maddelerin çeşitli sıcaklık ve basınçta hangi fiziksel fazda bulunduğu ve diğer fazlara geçiş şartları faz diyagramlarından bulunabilir. Bunu herhangi, bir maddenin faz diyagramı üzerinde kısaca açıklayalım. Suyun faz diyagramı 113

114 suyun, katı,sıvı gaz olmak üzere üç farklı fazı vardır. Faz diyagramında maddenin bulunduğu sıcaklık ve basınç katı-gaz değişiminin olduğu bölgede olursa süblimleşme,katı sıvı eğrisinin bulunduğu bölgede olursa erime, sıvı -gaz eğrisinin bulunduğu bölgede olursa kaynama olayı meydana gelir. GEREKLĠ MALZEMELER: - saat camı - bez parçası - huni - erime noktası tayin cihazı - süzgeç kağıdı - kılcal boru - termometre - spatül - sülfürik asit - naftalin DENEYĠN YAPILIġI: Yaklaşık 1 gr naftalin saat camına konur. Bir huni alınır ve içerisine süzgeç kağıdı yerleştirilir. Huni saat camı üzerine kapatılır ve saat cam kısık bek alevinde ısıtılır. Bu işlem sonunda süblimleşen naftalin huni içerisindeki süzgeç kağıdına tutunur. Kristallenen naftalinin düşmesin önlemek için huninin dış yüzeyi ıslak bir bezle soğutulur. Saf bir organik maddenin belli bir erime noktası vardır. Erime noktası,yani erimenin gözlemlendiği ilk sıcaklıkla maddenin tamamen sıvı hale geçtiği sıcaklık farkı 0,5 yi geçmez. Safsızlıkların bulunması bu farkın büyümesine sebep olur ve maddenin daha düşük bir sıcaklıkta erimeye başladığı gözlenir. Erime noktasının tayini için en kolay metod çok az miktardaki maddeyi bir termometreye tutturulmuş kapiler tüp içerisinde ısıtılmaktadır. Erime noktası tayin edilecek maddelerden( örneğin naftalin) 0,1-0,2 g kadar alınır. Bir saat camı veya porselen yüzey üzerinde bir spatül ile iyice toz haline getirilir ve bir araya toplanır. Kapiler tüpün açık kısmı karışım içine daldırılarak kapiler boru içine bir miktar madde alınır. Kapalı tarafı hafifçe yere vurularak maddenin dibe inmesi sağlanır. Bu işlem tüp 5-6 mm yüksekliğe doluncaya kadar devam edilir. Sonra kapiler gerekirse bir lastik borudan kesilmiş ince bir halka ile ve banyodaki sıvı ile ıslatılarak madde sıvı haznesinin yanında olacak şekilde termometreye tutturulur. Kapiler tüp ve termometre beraberce banyoya daldırılır. Erime noktası tayini için thiele aparatı uygundur. Prensip olarak, ısıtılan sülfirik asitin sirkülasyonuna dayanır. Yavaşça ısıtılırsa yan borunun girişindeki sıcaklık alttaki sıcaklıktan en fazla 1,5 derece kadar yüksek olur. Erime noktası olarak maddenin erimeye başladığı ve erimenin tamamlandığı sıcaklıklar kaydedilir. İki değer arasındaki fark 0,5-1 dereceyi geçmemelidir. Buna göre birinci işlemden elde edilen naftalin kristallerinin erime noktası tayin edilir. 114

115 SORULAR 1- Süblimleştirmeden önceki naftalinin erime noktası ile süblimleştirmeden sonra oluşan naftalin kristallerinin erime noktaları arasında ne fark vardır? 2- erime noktası tayininden maddelerin tanınmasında nasıl yararlanılır? 3-Anorganik maddeler ile organik maddelerin erime noktaları arasında ne gibi farklar vardır? Araştırınız. 115

116 DENEY NO:25 TARĠH: DENEY ADI: KĠMYASAL DENGE II DENEYĠN AMACI: Dengeye etki eden faktörleri incelemek TEORĠK BĠLGĠ: kimyasal denge kimyanın ana konularından biridir. Kandaki asit-baz dengesi, oksijenin hemoglobine taşınmasıyla ilgili mekanizma, önemli hormonların sentezi ve kimyasal madde üreten endüstriyel proseslerin hepsi kimyasal dengenin temel konularıyla doğrudan ilişkilidir. Bir kimyasal reaksiyonda ürünlerin oluşmasına yol açan ileri yöndeki hız ile reaksiyona girenleri oluşturan geri yöndeki hız birbirine eşit olduğunda bir dengenin varlığından söz edilir. A + B C + D Reaksiyon denklemindeki oklar reaksiyonun çift yönlü olduğunu belirtir. Reaksiyona giren maddelerin ve ürünlerin konsantrasyonları reaksiyonun ilerlemesi ile sürekli olarak değişir. Le Chatelier prensibine göre bir sistem üzerine sıcaklık, basınç ve konsantrasyon değişimi gibi bir dış etki uygulandığında, sistem bu etkiyi minimum yapacak yöne doğru kendiliğinden kayar. Çift yönlü bir reaksiyon sisteminde sıcaklığı bileşenlerin konsantrasyonlarını, gazlarla ilgili etkileşmede ise basınçları değiştirmek suretiyle bağıl konsantrasyonları değiştirmek mümkündür. Yukarıdaki reaksiyonda C bileşeninin konsantrasyonu arttırıldığında ters yöndeki hız büyüyecektir. Çünkü dengenin sola doğru kayması daha fazla A ve B ile daha az D üretilerek C konsantrasyonunun azalmasına yol açacak, böylece yeni bir denge konumuna erişilecektir. Zayıf bir asit olan asetik asitin sulu çözelti dengesi göz önüne alınacak olursa HC 2 H 3 O 2 H + + C 2 H 3 O 2 okların bağıl büyüklükleri dengeye erişildiğinde çözeltide az sayıdan hidrojen ve asetat iyonlarının bulunduğunu gösterir. Sisteme hidroksit iyonları ilave edildiğinde bu iyonlar hidrojen iyonu ile kolayca birleşerek su oluşturacaklardır. Bu dış etkiyi gidermek ve hidrojen iyonu sayısını korumak için sistem sağa doğru kendiliğinden kayacaktır. Bu ise asetat ve hidrojen iyonları oluşturmak üzere daha fazla sayıda asetik asit molokülünün ayrışması demektir. PbCl 2 Pb2+ + 2Cl yukarıdaki dengede katı kurşun klorürün ayrışma hızı kurşun ve klorür iyonlarının kurşun klorürü oluşturma hızları ile aynıdır. 116

117 NaCl gibi bir klorür iyonu kaynağı sisteme ilave edildiğinde, sistem bu etkiyi gidermek için sola doğru kayacak yani kurşun ve klorür iyonları reaksiyona girerek yeni bir denge oluşuncaya kadar kurşun klorür çökmeye devam edecektir. Bu durum dengenin sol tarafa kayarak ters yöndeki hızın artmasına sebep olur. Ortamdaki bir iyonu ihtiva eden bir bileşiğin sisteme eklenmesi sonucu oluşan bu türden etkiye ortak iyon etkisi adı verilir. Bu deneyde bir takım sistemlere konsantrasyon değişimleri uygulanarak sistemin nasıl cevap verdiği incelenecektir. İncelenecek sistemler aşağıda verilmiştir.(hind= fenolftalein indikatörü) a- HInd H + + Ind - renksiz renksiz kırmızı b- NH 3 + HOH NH 4 + OH c- 2CrO H+ Cr 2 O H 2 O d- Cu (H 2 O) NH 3 Cu (NH 3 ) H 2 O mavi koyu mavi e- H + + OH - H 2 O f- H + + NH 3 NH 4 + GEREKLĠ MALZEMELER: - 13x100 mmlik deney tüpleri - 1 M HNO 3 - fenolftalein indikatörü - 1 M NaOH - 1 M HC 2 H 3 O 2-1 M K 2 CrO 4-1M NH 3-1 M BaCl 2-0,1 M CuSO 4 - derişik amonyak çözeltisi 117

118 DENEYĠN YAPILIġI: Reaktifler karıştırılır karıştırılmaz her bir deney tüpü çalkalanmalıdır. a- bir deney tüpüne 5 ml su ve 2 damla fenolftalein konur. 1 damla 1M NH3 çözeltisi eklenir ve herhangi bir değişim olup olmadığı gözlemlenir. Daha sonra bir değişim olana kadar damla damla 1 M asetik asit ilave edilir ve gözlemler kaydedilir b- bir tüpe 5 ml su ve 2 damla fenolftalein konur. 1 damla 1 M amonyak damlatılır. Çok az miktarda amonyum korür ilave edilir ve tüp çalkalanır. Amonyum klorürün, amonyum ve klorür iyonları oluşturması beklenir.herhangi bir değişiklik olmazsa daha fazla amonyum klorür ilave edilir ve gözlemler kaydedilir. c- bir deney tüpüne 3mL 1M K 2 CrO 4 konur ve renk kaydedilir. Farklı bir renk meydana gelinceye kadar 3 M HNO3 çözeltisinden eklenir. Renk değişimi oluncaya kadar damla damla 1 M NaOH ilave edilir ve gözlemler kaydedilir. d- bir deney tüpüne 0,1 M CuSO4 çözeltisinden 3 ml konur ve renk not edilir. Deney tüpü çalkalanarak damla damla amonyak çözeltisi ilave edilir. Herhangi bir çökelek oluştuğu takdirde çözününceye kadar fazladan amonyak ilave edilir. Renk değişimi oluncaya kadar damla damla 3 M HNO3 çözeltisi eklenir. Sonunda damla damla derişik amonyak ilave edilerek koyu mavi renkli bir kompleks oluşturulmaya çalışılır ve gözlemler kaydedilir. 118

119 DENEY NO:26 TARĠH: DENEY ADI : EġDEĞER AĞIRLIK TAYĠNĠ DENEYĠN AMACI: Bilinmeyen bir organik asitin eģdeğer ağırlığını bulmak TEORĠK BĠLGĠ : Eşdeğer agırlık, bir maddenin 8.0 g oksijene veya 1.0 g hidrojen e eşdeğer olan, yani bu kadar oksijen yada hidrojen ile reaksiyona girebilen ya da bu kadar oksijeni veya hidrojeni açığa çıkarabilen miktarı olarak tanımlanabilir. Başka bir tanıma göre, Avagadro sayısı kadar elektron alabilen veya verebilen madde miktarıdır. Çözelti hazırlanırken eşdeğer ağırlık, çözünen maddenin molekül ağırlığının tesir değerliğine bölünmesi ile elde edilir. Yani; Eşdeğer ağırlık= Bir asitin eşdeğer gram ağırlığı, bir molünün çözeltiye verdiği hidrojen iyonları ile ilgilidir ve molekül ağırlığının verilen hidrojen sayısına bölünmesiyle bulunur. Bu hidrojen sayısına asitler için Tesir değerliği denmektedir. Bir bazın eşdeğer ağırlığı ise çözeltiye verdiği hidroksit iyonu sayısı ile ilgilidir. Molekül ağırlığı verilen hidroksil iyonu sayısına bölünerek eşdeğer ağırlık bulunabilir. Bu hidroksil sayısına bazlar için Tesir değerliği denir. Bir eşdeğer asit ile ancak bir eşdeğer baz tamamen reaksiyona girebilir. Eşdeğer ağırlığı hesaplamada kullanılan tesir değerliği, asitlerde iyonlaşabilen hidrojen sayısına, bazlarda hidroksil sayısına, yükseltgenme-indirgenme tipi reaksiyonlarda alınan yada verilen elektron sayısına eşittir. Örnekler: a) Asitlerde tesir değerliği(t): HCI + H 2 O H 3 O + +CI - (t:1) H 3 PO 4 : t= 3, H 2 SO 4 :t=2 b) Bazlarda tesir değerliği: NaOH (k) Na + (k) + OH - (aq) (t:1) [Al(OH) 3 : t=3, Mg(OH) 2 : t=2 c) Tuzlarda tesir değerliği; AlCl 3(k) Al + (aq) + 3Cl - (aq) (t:3) NaCl: t=1, FeCl 3 : t=3-119

120 d) Redoks reaksiyonlarında tesir değerliği: 5e KMnO HCI 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O (t=5) KMnO4 ın asidik ortamda tesir değerliği; Mn atomunda görüldüğü gibi, +7 den +2 ye indirgenme esnasında verilen elektronların sayısı olan 5 değerine eşittir. KMnO4 ın bazik ortamda tesir değerliği ise; 3e MnO H 2 O + 3e - MnO 2 + 4OH - Bu deneyde, standart NaOH çözeltisi kullanılarak bilinmeyen bir organik asidin eşdeğer ağırlığı hesaplanacaktır. Bu amaçla aşağıdaki bileşiklerden herhangi biri numune olarak kullanılabilir. Okzalik asit malonik asit sitrik asit (limon asidi) Bilinmeyen bir asidin deneysel olarak bulunan eşdeğer ağırlığı ile teorik değeri karşılaştırılarak asidin kimliği tespit edilecektir. Teorik olarak eşdeğer ağırlığı hesaplanırken COOH gruplarındaki asidik hidrojenler dikkate alınır. Doğrudan karbon atomuna bağlı hidrojenler ile OH- grubundaki hidrojenler asidik değildirler, iyonlaşamazlar. Örnek olarak; OH HO O C COOH CH3-120

121 Asidin eşdeğer ağırlığı 67 dir. Molekül ağırlığı 134 g/mol dür ve iki tane iyonlaşabilir hidrojen ihtiva etmektedir. Asidik hidrojenler COOH gruplarına bağlı hidrojenler olduğundan eşdeğer ağırlık; 134/2 = 67 eşdeğer gram olur. OH HO O C COOH + 2NaOH 2Na + + CH3 CH3 Harcanan bazın eşdeğer gram sayısı titre edilen asidin eşdeğer gram sayısına eşittir. Yani, bir eşdeğer gram baz, bir eşdeğer gram asidi nötralleştirmektedir. Bilinmeyen asidin eşdeğer ağırlığı, alınan asit örneğinin, onu nötralleştiren sodyum hidroksitin normalitesi ile hacminin çarpımına bölünmesi ile bulunur. Asidin eşdeğer ağırlığı = GEREKLĠ MALZEMELER: Büret(50 veya 100 ml lik), erlen(250 ml lik, iki adet ), mezür, pipet, sitrik asit veya okzalik asit, 0.1 M NaOH, fenolftelein indikatörü. DENEYĠN YAPILIġI: 0,2 g civarında bilinmeyen katı asitten( yukarıda bahsedilen 3 asitten biri) doğru bir şekilde tartılarak 250 ml lik temiz ve kuru bir erlene konur. Üzerine 50 ml saf su ilave edilerek çözünmesi sağlanır. 3 damla fenolftelein indikatör çözeltisi damlatılır ve 0,1 M ayarlı NaOH çözeltisi ile titre edilir. Titrasyona pembe renk oluşuncaya kadar devam edilir. Pembe rengin oluşması dönüm noktasına ( reaksiyonun bittiği nokta ) gelindiğini gösterir. Pembe rengin görülmesinden sonra titrasyona son verilir. Bu nokta NaOH in eşdeğergram sayısının asidin eşdeğer gram sayısına eşit olduğu noktadır. Harcana NaOH hacmi kaydedilir. Asidin hidrojen iyonları (veya iyonu) ile bazın OH- iyonu reaksiyona girerek su ve tuz oluşturur(nötralleşme reaksiyonu). Yukarıda verilen eşitlik yardımıyla asidin eşdeğer ağırlığı, tesir değerliği ve kimliği tespit edilir. Deney bir kez daha tekrarlanır

122 SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ: Asit örneğinin ağırlığı(kütlesi)=? (g) NaOH çözeltisinin konsantrasyonu=? (N) İlk okunan büret seviyesi=? (ml) Son okunan buret seviyesi=? (ml) Harcanan NaOH=? (ml) Asidin eşdeğer ağırlığı=? (eş.g) Asidin tesir değerliği=? Asidin kimliği=? - 122

123 DENEY NO: 27 TARĠH: DENEY ADI : DĠAZONYUM TUZU ELDESĠ DENEYĠN AMACI: Ġndirgenme Reaksiyonları - 123

124 - 124

125 - 125

126 - 126

127 - 127

128 - 128

129 DENEY NO : 28 TARĠH: DENEY ADI : ESTER SENTEZĠ(ĠZOAMĠL ASETAT) DENEYĠN AMACI: SENTEZ Karboksilik asitler alkollerle tepkimeye girerek bir kondenzasyon tepkimesi iloan esterleri verirler. Esterlerin genel reaksiyonu aşağıdaki gibidir. + R ' OH H + + H2O R OH R R' Esterleşme tepkimeleri asit katalizli tepkimedir. Bu tepkime kuvvetli asit yokluğunda oldukça yavaş gerçekleşir. Ester reaksiyonları geri dönüşümlü bir reaksiyon olduğu için oluşan esterlerin miktarı dengenin yönüne bağlı olarak değişir. Bu bakımdan karboksilik asit veya alkolün daha fazlasını kullanmak ürünün verimini artıracaktır. Karboksilik asit 18 O ile etiketlenmiş alkolle tepkimeye girdiğinde etiketlenmiş oksijenin ester oksijeninde olduğu görülmektedir. Bu sonuç esterleşme tepkimesinde hangi bağın kırıldığını gösterir. + R' 18 OH H + + H2O R OH R 18 R' Bu esterleşme reaksiyonu genelde birincil ve ikincil alkoller ile daha iyi verimler verir. asit katalizörü aklenin dehidrasyonunun oluşabilme rekabeti nedeniyle bu yöntem üçüncül alkollerde kullanmak için uygun değildir. DENEYİN YAPILIŞI 100 ml lik yuvarlak balona 16 ml izoamil alkolle, 20 ml glacial asetik asit konulur ve reaktanlar balonda karıştırılır. Dikkatli bir şekilde 4 ml derişik sülfürik asit eklenir. Ve yavaşça çalkalanır. Su ile soğutulan geri soğutucu sistemine takılarak 1 saat ısıtıcılı mantoda refluks edilir

130 H + (CH3)2CH CH2 CH2 OH CH2 CH(CH 3) 2 CH 3 CH3 OH asetik asit izoamil alkol izoamil asetat CH2 1 saat geri soğutucu altında ısıtıldıktan sonra, oda sıcaklığında balon soğutulur. Ayırma hunisine aktarılır ve 50 ml su eklenir ve yavaşça çalkalanır. Su fazı ayrılır. 25 ml daha su ayırma hunisine konulur, çalkalanır ve su fazı uzaklaştırılır. Sonra ester fazı 20 ml %5 NaHCO 3 çözeltisi ile arka arkaya 3 defa dikkatli bir şekilde çekilir. Dikkatli bir şekilde ayırma hunisi çalkalanır. Çünkü nötralizasyonda karbondioksit oluşur. Son ekstreyi turnusol kağıdı veya ph kağıdı ile bazikliği test edilir. Ester fazı 2 defa 5 ml lik tuzlu su ile yıkanır. Elde edilen ester erlenin içine boşaltılır. Susuz sodyum sülfat veya magnezyum sülfat ilave edilerek dakika kurutulur. Ester 50 ml lik dibi yuvarlak bir balona dekante edilerek basit damıtma ile de ürün toplanır. Ağırlığı, kaynama ağırlığı ve ürün hesaplanır. Sorular 1. Esterleşme reaksiyonları, hangi tür alkoller için uygundur, açıklayınız. 2. İzoamil alkol hangi tür alkoldür? 3. Deneyde kullanılan H 2 SO 4 in, NaHCO 3 ın, susuz sodyum sülfat ın görevi nedir? Molekül Alil heksanoat Benzil asetat Bornyl asetat Butil butirat Etil asetast Etil heksanoat Etil sinamat Etil format Etil heptanoat Etil isovalerant Etil laktat İzobütil asetat İzobütül format Linalil asetat Linalil bütirat Metil asetat Metil benzil asetat Metil pentanoat Metil fenil asetat Metil salisilat Oktil asetat Oktil bütirat Çizelge 3.1 Bazı esterlerin kokuları Kokusu Ananas Yasemin Çam ağacı kokusu Ananas Tutkal Çilek Tarçın Limon Çilek Kayısı Kiraz Üzüm Elma Üzüm Kiraz Ahududu Ahududu Lavanta Adaçayı Şeftali Nane Kiraz Çiçeksi Bal Keklik üzümü Portakal Alhavuç - 130

131 DENEY NO : 29 TARĠH: DENEY ADI : SALĠSĠLĠK ASĠT ĠLE ASETĠK ASĠTĠN ESTERLEġMESĠ DENEYĠN AMACI: ESTERLEġME REAKSĠYONU(ASPĠRĠN ELDESĠ) - 131

132 - 132

133 DENEY NO : 30 TARĠH: DENEY ADI : ESTER HĠDROLĠZĠ DENEYĠN AMACI: ESTERLEġME REAKSĠYONU ĠLE SABUN SENTEZĠ - 133