1. BÖLÜM : ANALİTİK KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARI

Transkript

1 ANALİTİK KİMYA DERS NOTLARI Yrd.Doç.Dr.. Hüseyin ÇELİKKAN 1. BÖLÜM : ANALİTİK KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARI

2 Analitik kimya, bilimin her alanında faydalanılan, maddenin özellikleri hakkında bilgi veren yöntemlerin bütünüdür. Diğer bir ifadeyle; Kimya biliminin belirli bir maddenin kimyasal bileşenlerinin ya da bileşenlerden bir bölümünün niteliğini ve niceliğini inceleyen bir bilim dalıdır. Analitik kimyadan, hemen her bilim dalında faydalanılmaktadır.

3 Analiz ile ilgili temel kavramlar Nitel Analiz : Numunenin (Analizi i yapılması it istenen madde ya da malzeme) kimyasal olarak türlerini belirler. Nicel Analiz : Bu türlerin bağıl miktarlarını sayısal olarak tayin eder. Analit: Bir numunedeki tayin edilecek bileşenlerin ortak adıdır. Nicel Analiz Yöntemleri: Gravimetrik ik yöntem Volumetrik yöntem Spektroskopik yöntem Elektroanalitik yöntem Diğer yöntemler (kütle spektroskopisi, radyoaktif yöntem, termal analiz yöntemleri vs.)

4 Nicel Analiz Yapılırken İzlenmesi Gereken Basamaklar: 1) Yöntem Seçimi : İstenilen doğruluk seviyesi ve numune sayısı dikkate alınır. 2) Numune Alma : Madde yığını tam olarak temsil edilmelidir. 3) Numune Hazırlama ve Çözme: Numunenin çözünür hale getirilmesi ya da analize kadar bozulmadan korunması. Sonrasında homojen çözeltilerinin hazırlanması. 4) Bozucu Etkilerin Giderilmesi : Ayırma yöntemlerine ihtiyaç duyulur. 5) Ölçüm : Analit ile bilinen maddenin ölçülen büyüklükleri arasında orantı kurulur. 6) Sonuçların Hesaplanması : Numunenin toplam kütlesi, seyrelme ve stokiyometrik faktörler dikkate alınmalıdır. 7) Sonuçların Güvenilirliği : Analiz sonuçları istatistiki olarak değerlendirilerek anlamlı sonuçlar halinde sunulmalıdır.

5 2. BÖLÜM ANALİTİK KİMYADA KULLANILAN TEMEL ARAÇLAR, KİMYASALLAR VE TEMEL İŞLEMLER

6 KİMYASAL MADDELERİN SINIFLANDIRILMASI Teknik Kalitede Saflık : Safsızlığı en yüksek seviyede bulunan kimyasal maddelerdir. Ucuzdur. Yaygın biçimde yıkama ve temizlik amaçlı kullanılırlar. Reaktif Düzeyinde Saflık : Analitik amaçlar için yeterli saflık düzeyinde olmalıdır. Bu standardlar Amerikan Kimya Derneği tarafından belirtilmiştir. Primer Standart Düzeyinde Saflık : Yüksek saflıkta olmalarının yanı sıra primer standart madde özelliklerine de sahip maddelerdir. *Primer Standart Madde; Yüksek saflıkta ve havada kararlı olmalı hidrat suyu Primer Standart Madde; Yüksek saflıkta ve havada kararlı olmalı, hidrat suyu içermemeli (higroskopik olmamalı), mol kütlesi yüksek olmalı (tartım hatasının düşük olması için) ve ucuz-kolay bulunabilir olmalıdır.

7 BİR KİMYASALIN ÖZELLİKLERİNİ İFADE EDEN ETİKET Molekül Ağırlığı Kütlece Yüzde Kimyasal Formülü Güvenlik Kodları İçerdiği Safsızlıklar Chemical Abstract Service Numarası

8 ANALİTİK KİMYADA KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER Analitik Teraziler Makroteraziler : En çok 200 g a Yarımikroanalitik Teraziler : En çok kadarlık ölçümleri 10 ile 1 mg 30 g a kadarlık ölçümleri 0,01 mg sapma ile tartım yapabilirler. sapma ile tartım yapabilirler. * İhtiyaca göre terazi seçilir. Primer standard maddelerin tartımları mutlaka yarımikroanalitik terazide alınmalıdır.

9 Laboratuvar Cam Malzemeleri Beher El Erlen Mezür Saat Camı Pipet Ölçülü Balon Büret Tüp * Hacim ölçümlerinde kullanılan cam malzemelerin tercihinde hacim miktarı ve istenen hassasiyet derecesi dikkate alınır. * Hassasiyet sırası : Beher ve Erlen < Mezür < Pipet < Büret * Çözelti haline getirilen numuneler, ölçülü balonla belirli bir hacme tamamlanırlar.

10 SI Birim Sistemine Göre Kabul Edilen Ölçüm Birimleri

11 BİRİM İ İ BÜYÜKLÜKLERİNİN Ü Ü İ İ KISALTMALARI 1 ml = 1x10-3 L 1 L = 1x10 3 ml 1 μl = 1x10-6 L 1 L = 1x10 6 μl

12 ANALİTİK KİMYADA HESAPLAMALAR Kütle (m), bir cisimdeki madde miktarınındeğişmez ölçüsüdür. Ağırlık ğ (ω) ise, bir cisim ile çevresi (yerküre gibi) arasındaki çekim kuvvetidir. ω = m x g ; g, burada yerçekimi ivmesidir. Analitik Kimyada Kullanılan Kütle Birimleri Mol (n) ; bir kimyasal türün miktarını ifade eden SI birimlerindendir. Her zaman bir kimyasal formülle birlikte kullanılmalıdır ve bu formülde gösterilen kimyasalın Avagadro Sayısı (6,022x10 23 ) kadarını ifade eder. Örnek : Formaldehitin (CH 2 O) mol kütlesini hesaplayalım. 1 mol C içerir : 12 g (CH 2 O) 2 mol H içerir : 2 g 1 mol O içerir : 16 g + 30 g 1 mol CH 2 O, 30 g dır.

13 ANALİTİK KİMYADA HESAPLAMALAR milimol (mmol) ; Mol sayısının 1/1000 ini ifade eder. Hesaplamalarda kolaylık amaçlı kulanılır. Örnek : 25,0 g Na 2 SO 4 (142,0 g/mol) içerisinde kaç gram Na + (22,99 g/mol) bulunur? * Kimyasal formüle bakıldığında 1 mol Na 2 SO 4, 2 mol Na + içerdiği görülür. ya da parça parça çözümü;

14 Çözeltiler ve Derişimleriş Molar Derişim : 1 L çözeltide bulunan (1 L çözücüde çözünen değil) kimyasal maddenin mol sayısıdır. Molarite (M) olarak ifade edilir. Aynı zamanda 1 ml çözeltide bulunan milimol cinsinden madde miktarı da, Molariteyi gösterir. Analitik Molarite : 1 L çözeltideki, çözünenin toplam mol sayısıdır. Bir diğer adı da Formalite dir. Denge Molaritesi : Çözeltide belirli bir türün denge halinde bulunan molar derişimini ifade eder. Örnek : Analitik derişimi 1 M olan H 2 SO 4 meydana gelen türlerin denge molariteleri ; çözeltisi için çözeltide [H 2 SO 4 ]= 0,00 M [H 3 O + ]= 1,01 M [HSO 4- ]= 0,99 M [SO 4 2- ]=0,01 M

15 Örnek : 285 mg triklorasetik asit Cl 3 CCOOH (163,4 g/mol) içeren 10,0 ml lik bir sulu çözeltide analitik derişimi ve türlerin denge molar derişimlerini hesaplayınız. (Triklorasetik asit, su içerisinde % 73 oranında iyonlaşır) g HA mol HA HA miktarı = nha = 285 mg HA x 1 x 1 = 0, mol HA 1000 mg HA 163, 4 g HA 3 HA miktarı = 17, 4x10 mol HA Sonuç, 3 anlamlı rakama indirgenerek verilmelidir 3 mol HA 1, 74x10 mol HA 1000 ml CHA = = x = 0, 174 L 100, ml 1L M HA HA H + + A - 27 [HA]=0,174 M x = 00 0,0 470 M Başlangışta : Dengede : [A ] = [H ] = 0174M 0,174 x = 0,12 7 M 100

16 Örnek : 2 L 0,108 M BaCl 2 çözeltisinin BaCl 2.2H 2 O (244,3 g/mol) dan ne şekilde hazırlanacağını açıklayınız. g BaCl 0,108 mol BaCl 1 mol BaCl. 2H O 244, 3 g 1 L 1 mol 2H O H2 O = x 2 L x x BaCl2 1 mol BaCl2. 2 g BaCl 2. 2H2 O = 52, g = 52,8 g BaCl 2.2H 2 O

17 Yüzde Derişim : Pay ve paydanın kütle veya hacim birimleri aynı olmalıdır. l Örnek : Ağırlıkça % 70 lik HNO 3 piyasada yaygın biçimde bulunur. Bu çözeltinin 100 g ında, 7 g HNO 3 bulunur. 3 Örnek : Hacimce yüzde genelde saf bir sıvının başka bir sıvı ile seyreltildiği çözeltiler için kullanılır. % 5 lik (v/v) sulu metanol çözeltisi, 5mL metanolün, suyla 100 ml ye tamamlanması yoluyla hazırlanır. Örnek : Ağırlık/hacimce yüzde ise genellikle katı maddelerin seyreltik sulu çözeltilerinin derişimleriniş ifade etmede kullanılırlar. % 5 lik (m/v) sulu gümüş ş nitrat çözeltisi, 5 g AgNO 3 ün, suyla hacmi 100 ml olacak şekilde, suda çözünmesiyle hazırlanır.

18 Milyonda kısım ve Milyarda kısım : Çok seyreltik çözeltilerin derişimlerin i i ifade edilmesinde i d kullanılırlar. l l * Hem ppm hem de ppb birimleri sadece sulu çözeltiler için değil, diğer sıvılardan hazırlanan çözeltiler için, bir gazın başka bir gaz içindeki miktarının ifadesi (gaz-gaz, sıvı-gaz çözeltileri) ve katıların birbirileri içerisinde çözünmesiyle oluşturdukları alaşımlar l içini de kullanılmaktadır. l k Sulu çözeltiler söz konusu olduğunda, yeterince seyreltik olduğundan; (d 1 g/ml)

19 Örnek : 63,3 ppm K 3 Fe(CN) 6 (323,9 g/mol) içeren bir sulu çözeltideki K + iyonlarının molaritesini i i bulunuz. 63,3 mg K3Fe(CN) 6 63,33 ppm KFe(CN) 3 6 = L + [K ] = 3 x[k3 Fe(CN) 6 ] + 63,3 mg [K Fe(CN) ] g mol [K Fe(CN) ] mol K [K ] = x x x 3 L 10 mg 329, 3 g 1 mol [K Fe(CN) ] 3 6 mol K [K ] = 5, 76678x 10 4 = 5, 77x 10 4 M [K ] L 63,3 ppm, 3 anlamlı rakamdır. Sonuç da 3 anlamlı verilmek zorundadır.

20 Çözeltilerin Yoğunluğu ve Özgül Ağırlığı : Yoğunluk Özgül ağırlık Bir maddenin yoğunluğu, birim hacminin kütlesidir. Özgül ağırlığı ise belirli bir hacimdeki maddenin kütlesinin, aynı hacimdeki suyun 4 o C sıcaklıktaki suyun kütlesine oranıdır. Yoğunluk birimi g/ml iken özgül ağırlığın birimi yoktur. * Bununla beraber, sulu çözeltiler için yoğunluk yerine çoğu zaman özgül ağırlık kullanılır. Örnek : Özgül ağırlığı 1,18 olan % 37 (a/a) lık derişik HCl (36,5 g/mol) çözeltisinden, 100 ml 6,0 M HCl çözeltisinin nasıl hazırlanır? 6,0 mol HCL 1 L g HCl m HCl = x 100 ml x x 36,5 = 21,9 g HCl 1 L 1000 ml mol lhcl ν HCl 100 g HCl çözeltisi 1 ml HCl çözeltisi = 21,9 g HCl x x = 50,160 ml HCl çözeltisi 37 g HCl 1, 18 g HCl çözeltisi * 50 ml derişik asit alınarak, suyla ölçülü balonda 100 ml ye tamamlanır.

21 Stokiyometrik Hesaplamalar : Örnek : 2,33 g Na 2 CO 3 ı (106,0 g/mol) Ag 2 CO 3 a dönüştürmek için kaç gram AgNO 3 (169,9 g/mol) gereklidir? Kaç gram Ag 2 CO 3 (275,7 g/mol) oluşur? ş Na 2 CO 3 (suda) + 2 AgNO3(suda) Ag 2 CO 3 (k) + 2 NaNO 3 (suda) Basamak 1 : 1 mol Na2CO3 mol Na CO = 233g 2,33 Na CO x = 0, mol Na CO 106, 0 g Na CO Basamak 2 : 2 mol AgNO mol AgNO = 0,02198 mol Na CO x 3 = 0,04396 mol AgNO 1 mol Na CO Stokiyometri Basamak 3 : 169,9 g AgNO g AgNO = 0,04396 mol AgNO x = 7,47 g AgNO 1 mol AgNO mol Ag CO 275,7 g Ag CO Oluşan g Ag2 CO 3 = 0, mol AgNO 3x x = 606g 6,06 Ag2 CO3 2 mol AgNO3 1 mol Ag2CO3

22 Stokiyometrik Hesaplamalar : Örnek : 25,0 ml 0,200 M AgNO 3 çözeltisi 50,00 ml 0, M Na 2 CO 3 ile karıştırıldığında oluşan Ag 2 CO 3 ın kütlesi ne kadardır? Na 2 CO 3 (suda) + 2 AgNO3(suda) Ag 2 CO 3 (k) + 2 NaNO 3 (suda) İki çözelti karıştırıldığında aşağıdaki 3 olaydan biri gerçekleşecektir : 1) Reaksiyon tamamlandıktan sonra AgNO 3 ınfazlası kalacaktır, 2) Reaksiyon tamamlandıktan sonra Na 2 CO 3 ın fazlası kalacaktır, 3) Ortamdaki reaktiflerin ikisi de tamamen harcanacaktır. * İlk basamak olarak, reaktiflerin miktarları hesaplanır 1 L AgNO ANO3 0200, mol AgNO ANO3 3 mol AgNO = 25,0 ml AgNO x x = 5,00 x 10 mol AgNO 1000 ml AgNO 1 L AgNO L Na2CO , mol Na2CO 3 3 mol Na 2CO 3 = 50,0 0 ml Na 2CO 3 x x = 4,00 400x 10 molna 2CO ml Na2CO 3 1 L Na2CO3 Stokiyomeri dikkate alındığında ; her bir Na 2 CO 3 için 2 mol AgNO 3 gereklidir. Burada sınırlayıcı reaktifin AgNO 3 olduğu görülmektedir. 1 mol Ag CO 275, 7 g Ag CO g Ag CO = 5,00 mol AgNO x x = 0, 689 g Ag CO mol AgNO 3 1 mol A g 2CO 3

23 BÖLÜM SONU Laboratuvarda Çalışırken Güvenliğinize Dikkat Ediniz