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

Transkript

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

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

3 5. HESAPLAMALAR Bu bölüme gerekirse deney esnasında yapılan, yapılmasına ihtiyaç duyulan hesaplamalar ve grafikler verilerek açıklamalarda bulunulur. Deney verileri açık bir biçimde verilmeli hesaplamalar bu veriler takibinde yapılmalıdır. 6. DEĞERLENDĠRME VE YORUM Deney raporunun en önemli kısımlarından biri deneyin yorumlandığı kısımdır. Bu kısımda özellikle Çevre ve Orman Bakanlığının yayınlamış olduğu su ile ilgili mevzuatlar esas alınarak deneyde elde edilen verilerin yorumlanması ve çevre mühendisliği bakış açısı ile değerlendirilmesi gerekmektedir. 7. KAYNAKLAR Deneyin özellikle teori kısmında başvurulan kaynaklar bir liste halinde raporun son sayfasında verilmelidir. Kaynak gösterilirken, Yazarın soyadını adı, kitabın adı basım yeri ve yılı sırasıyla verilmelidir. Örnek: Pluschke, P. Indoor Air Pollution, Springer, 2004, Western Europe. 3

4 DENEY 1 ÇÖZELTĠ HAZIRLAMA Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımı olup, en az iki bileşenden oluşur. Bileşenlerden biri çözücü, diğeri ise çözünendir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden miktarı az olana "çözünen", fazla olanına ise "çözücü" denir. Çözücü, genellikle çözeltinin fiziksel durumunu belirler. Çözeltilerin özellikleri, Çözeltiler saydamdır. Çözeltilerde (molekül veya iyonlar) görülmez. Çözeltiler çökelti vermez. Tanecikler, süzme ve bekletilmekle ayrıştırılamaz. Küçük parçalar halindeki maddeler daha çabuk çözünür. Karıştırma, çözünmeyi kolaylaştırır. Çözeltiler 3 şekilde hazırlanabilir, Ağırlık esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Ağırlık birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile, Ağırlık yüzdesi = (Çözün ağırlığı/çözelti ağırlığı) x 100 ifade edilebilir. Örneğin % 20'lik NaCl çözeltisi demek 100 ağırlık birimi çözeltide (g, kg, mg, vb. olabilir) 20 ağırlık birimi NaCl var demektir. Böyle bir çözelti 20 g NaCl'in 80 g saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir. Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi (ml, L, m 3, vb. olabilir) çözeltide kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile Hacim yüzdesi = (çözünenin hacmi/çözeltinin hacmi) x 100 ifade edilebilir. Örneğin 30 ml hacmindeki bir maddeyi, uygun bir çözücüde çözerek çözelti hacminin tam 100 ml'ye tamamlanmasıyla % 30'luk bir çözelti hazırlanmış olur. Ağırlık-hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile, Ağırlık-hacim yüzdesi = (çözünenin ağırlığı/çözelti hacmi) x 100 ifade edilebilir. 4

5 Katı maddenin sudaki çözeltileri için bu derişim ifadesi kullanılır. Örneğin % 10'luk bir NaCl çözeltisi demek, 100 ml çözeltide 10 gram NaCl var demektir. Çözelti hazırlama işleminin adımları Deneyin YapılıĢı: Grup numarasına göre katı ve sıvı kimyasallardan belirtilen çözeltiler hazırlanır. Seyreltme aşamasında hazırlanan sıvı-sıvı çözeltilerden 3. kolonda belirtilen oranlarda seyreltme hazırlanır. Grup No Katı-sıvı Çözelti (250 ml de) Sıvı-Sıvı çözelti (100mL de) Seyreltme (50mL) 1 0,1M NaCl 0,1M H 2 SO 4 0,01 M H 2 SO 4 2 0,05M NaCl 0,01M H 2 SO 4 0,005 M H 2 SO 4 3 0,1M NaOH 0,1M HCl 0,01M HCl 4 0,01 M NaOH 0,01M HCl 0,005 M HCl 5 0,005 M NaCl 0,5M H 2 SO 4 0,1 M H 2 SO 4 6 0,2 M NaOH 0,5M HCl 0,1M HCl Na: 23 g/mol, Cl:35 g/mol, O:16 g/mol, H:1 g/mol, S: 32 g/mol Sülfirik asit için saflık, % 98, Yoğunluk: 1,84 g/cm 3 Hidroklorik asit için saflık : % 37, Yoğunluk: 1,18 g/cm 3 5

6 DENEY 2 ASĠT- BAZ TĠTRASYONU (VOLUMETRĠK ANALĠZ) Titrasyon derişimi bilinen bir çözelti (standart çözelti) ile tepkimeye giren, derişimi bilinmeyen bir çözeltinin derişiminin belirlenmesidir. Titrasyon yönteminin analitik olarak kullanılabilmesi için, derişimi bilinmeyen çözelti ile standart çözelti arasında oluşan tepkimenin tam ve hızlı olarak gerçekleşmesi gerekir. Tepkimenin sonlandığı nokta eşdeğerlik noktası veya dönüm noktasıdır. Dönüm noktasının belirlenmesi için uygun belirteçler kullanılır. Tepkime dönüm noktasına geldiğinde belirteçler, oluşan tepkimenin çeşidine ve türüne göre ortamın rengini değiştirebilir, çökeleğin daha kirli görünmesine neden olabilir ve ortamdaki iyonların değişimi ile tanımlanabilir. Eşdeğerlik noktasının belirlenmesinde aşağıdaki tepkimelerden biri gerçekleşir; Nötralleşme Çökelme Kompleksleşme Yükseltgenme ve indirgenme EĢdeğerlik noktasında nötralleģme reaksiyonunu esas alan titrasyon Buna asidimetri-alkalimetri veya nötrleşme yöntemi de denir. Burada gerçekleşen olay, ortamda bulunan hidrojen (veya hidroksit) iyonunun, standart bir çözeltideki OH - (veya H + ) ile tepkimeye girerek su meydana gelmesi işlemidir. Birçok organik ve inorganik bileşikler, bunların asidik veya bazik özelliklerinden yararlanılarak bu yöntemle tayin edilebilir. Nötrleşme tepkimesinde dönüm noktasında, asitin eşdeğer kütle sayısı bazın eşdeğer kütle sayısına eşittir. Dönüm noktası, indikatör (belirteç) denilen ve belirli ph aralıklarında renk değiştiren organik boyar maddeler kullanılarak veya akımölçer, ph ölçer gibi aletlerle de belirlenebilir. Asit-baz titrasyonlarında kullanılan indikatörler, nötrleşme anında renk değiştiren zayıf organik asit ya da zayıf organik bazlardır. Örneğin, ph 7 civarında renk değiştiren fenolftalein zayıf bir organik asittir ve asidik çözeltilerde renksiz, bazik çözeltilerde ise pembe renktedir. 6

7 Kullanılan Araç ve Gereçler: Büret, 50 ml lik Erlen, 50 ml lik Balon joje, 500 ml lik Mezür Pipet Kullanılan Kimyasallar: 0,1 M NaOH çözeltisi Fenolftalein çözeltisi H 2 SO 4 çözeltisi Saf su Deneyin YapılıĢı Derişimi bilinmeyen asit çözeltisinden 10 ml alınarak 50 ml lik erlen içerisine konur. 0,1 M NaOH 50 ml lik büret içerisine doldurulur. Erlenin içerisine 1-2 damla fenolftalein damlatılır ve titrasyon işlemine geçilir. Kalıcı pembe rengin gözlendiği ilk damlada titrasyon bitirilir ve harcanan NaOH hacmi okunur. Hesaplamalar N A x V A = N B x V B N A = M x TD TD = H 2 SO 4 ün Tesir Değerliği 2 M Asit = N Asit /2 dir. N A = Asit çözeltisini normalitesi V A = Asit çözeltisinin hacmi N B = Baz çözeltisinin normalitesi V B = Baz çözeltisinin harcanan hacmi 7

8 DENEY 3 KROMATOGRAFĠ Kromatografi, bir karışımdaki iki ya da daha fazla bileşenin, hareketli (taşıyıcı) bir faz yardımıyla, sabit (durgun) bir faz arasından değişik hızlarda hareket etmeleri ve farklı etkileşim tiplerine göre birbirinden ayrılmaları esasına dayanır. Zaman Kromatografik yöntemlerle, kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın bileşenlerden oluşan karışımları, tümüyle, kolayca ve kısa sürede ayırmak olanaklıdır. Kromatografide durgun faz, bir katı veya katı yüzeyine kaplanmış bir sıvı fazdır. Durgun fazın üzerinden akan hareketli faz ise bir gaz veya sıvı fazdır. Bir kantitatif analiz tekniği olan kromatografide amaç, anlamlı bir süre içinde iyi bir ayırma yapmaktır. [Kantitatif (Nicel) (quantitative) analiz, bir karışım içerisindeki maddelerin miktarlarını ölçmek için yapılan analizdir. Kalitatif (Nitel) (qualitative) analiz ise karışımda neler olduğunu anlamak için yapılan analizdir.] Kromatografi tekniğinin temelinde üç ana unsur yer alır. Sabit faz: Bu faz daima bir "katı" veya bir "katı destek üzerine emdirilmiş bir sıvı tabakasından" oluşur. 8

9 Hareketli faz: Bu faz daima bir "sıvı" veya "gazdan" oluşur. Sabit faz, hareketli faz ve karışımında yeralan maddeler arasındaki etkileşimin türü: Kromatografide "yüzey tutunması veya adsorpsiyon" ile "çözünürlük" olguları temel etkileşim türlerini oluştururlar. Şayet sabit faz bir "katı" ise, karışımdaki maddelerle sabit faz arasında yüzey tutunması (adsorpsiyon)" etkileşimi gerçekleşir. Eğer sabit faz sıvı ise çözünürlük etkileşimi gerçekleşir. Kromatografi ÇeĢitleri 1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre 2. Uygulama Biçimine Göre 3. Faz Tiplerine Göre 1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre Adsorpsiyon kromatografisi Partisyon kromatografisi İyon değiştirme kromatografisi Jel filtrasyon (Moleküler eleme) kromatografisi İyon çifti kromatografisi Afinite kromatografisi 2. Uygulama Biçimine Göre Düzlemsel kromatografi Kağıt kromatografisi İnce tabaka kromatografisi (TLC) Kolon kromatografisi Gaz kromatografisi (GC) Yüksek Performans sıvı kromatografisi (HPLC) 3. Faz Tiplerine Göre Sıvı kromatografisi Sıvı-Katı kromatografisi Sıvı-Sıvı kromatografisi Gaz kromatografisi Gaz-Katı kromatografisi Gaz-Sıvı kromatografisi 9

10 Kullanılan Malzemeler: Cam Kromatografi Kolonu Ayırma Hunisi Erlen Mayer Cam Pamuğu Stand Kullanılan Kimyasallar: Bazik Alüminyum Oksit (Al 2 O 3 ) Metilen Mavisi Metil Oranj Distile Su Etil Alkol (% 95 lik) Deneyin YapılıĢı: Kolon olarak kullanılacak cam borunun alt ağzına cam pamuğu sıkıca kapatılır. Pamuğun üstünde 6 cm yükseklikte olacak şekilde bazik alüminyum oksit eklenir. Al burada sabit (durgun) faz olacaktır. Bu kolondan 2 adet hazırlanır. Kolona daha önceden hazırlanan ve içinde Metil Oranj ve Metilen Mavisi karışımı bulunan örnekten 5 ml eklenir. Kolonların üst kısmına ayırma hunisi yerleştirilir. Ayırma hunilerinden birine distile su diğerine etil alkol konulur. Burada distile su ve etil alkol hareketli (yürütücü) fazdır. Ayırma hunilerinin muslukları açılarak sıvılar yavaş yavaş damlatılır. Kolon boyunca ayrışma gözlenir. Bu işlem birleşikteki bütün maddeler ayrılana kadar devam eder. Ayrılan maddeler farklı erlen mayerlere toplanır. 10

11 DENEY 4 ph, ĠLETKENLĠK ve CO 2 TAYĠNĠ ph ph bir çözeltinin asit veya baz olma özelliğinin şiddetini gösteren bir kısaltmadır. ph çevre mühendisliğinde kullanılan birçok proseste sonuçlar ve verim üzerinde oldukça önemli rol oynar. Örneğin çözelti hazırlamada, dezenfeksiyonda, kimyasal pıhtılaştırma ve yumaklaştırmada, sertlik gidermede ve korozyonun önlenmesinde. Doğal suların ph sı genellikle 4-9 arasında olup bu suların büyük bir kısmı karbonat ve bikarbonatlar nedeni ile hafifçe baziktir. Sulu çözeltilerde H 3 O + ve OH - derişimleri oldukça geniş sınır değerlerine sahiptir. 0,015 M HCl deki [H 3 O + ] = 0,015 M dır. ph = - log [H 3 O + ] olarak ifade edilir. ph ölçümü; Elektrometrik ph tayininin temel prensibi; hidrojen iyonlarının cam elektrot ve referans elektrotu yardımıyla potansiyometrik ölçülmesi esasına dayanır. Günümüzde hidrojen iyonu derişimi, hidrojen elektrodu ile hassas olarak ölçülebilmektedir yılında keşfedilen cam elektrot, diğer iyonlar ile girişim olmaksızın hidrojen iyonu derişimine bağlı olarak potansiyel verir. Bu yüzden cam elektrot ölçümü standart yöntem olarak kabul edilmiştir. ph-metreler normal olarak ph değeri bilinen tampon çözeltiler yardımıyla standardize edilmeli ve periyodik olarak kontrol edilmeli ve periyodik olarak kontrolleri yapılmalıdır. Arazi çalışmaları için pille çalışan ph metreler çok uygundur. Ayrıca ph renk indikatörleri de arazi çalışmalarında kullanılabilir. Elektrot sisteminin standardize edileceği tampon çözeltiler ph metre üretici tarafından verilebileceği gibi laboratuarda da hazırlanabilir. 11

12 Ġletkenlik İletkenlik su kalitesinin ve saflığının belirlenmesinde kullanılan önemli parametrelerden biridir. İletkenlik, bir su numunesinin elektrik taşıyabilme özelliğinin sayısal ifadesidir. Bu parametre sudaki iyonik türlerin konsantrasyonlarına, değerliklerine, taşınırlıklarına, nisbi konsantrasyonlarına ve ölçüm sıcaklıklarına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşikler iyi iletkenlik gösterirken, organik bileşikler çok zayıf bir akım geçiricilik kabiliyetine sahiptirler. İletkenlik bir özelliktir. Bir çözeltinin iletkenliği sudaki iyonik türlerin konsantrasyonlarına, değerliklerine, taşınırlıklarına, nisbi konsantrasyonlarına ve ölçüm sıcaklıklarına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşikler iyi iletkenlik gösterirken, organik bileşikler çok zayıf bir akım geçiricilik kabiliyetine sahiptirler. Su içindeki H + ve OH - iyonlarından dolayı çok az bir iletkenlik vardır. Bu iletkenlik ölçeğinin başlangıcı olarak kabul edilir. İletkenlik ölçümü 25 C de yapılır. Isı arttıkça elektrik geçirgenliği de azalır. İletkenlik ölçüm birimi μs/cm dir. 1 μs/cm = 1 μmho/cm dir. Elektriksel iletkenlik, suda iyonize olan maddelerin toplam konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlıdır. Yeni damıtılmış suyun iletkenliği, 0,5 2 micromhos/cm dir. Zamanla havadaki karbondioksitin absorblanması ile bu değer 2 4 micromhos/cm olur. İçme sularının iletkenliği μs/cm arasında değişebilir, kirlilik arttıkça iletkenlik de artar ve bazı endüstriyel atıksularda iletkenlik μs/cm in üzerinde olabilir. İletkenlik yardımı sudaki çözünmüş madde miktarının değişimi ve suyun kimyasal analizinin kontrolü de yapılabilir. İletkenliği ampirik faktörlerle çarparak (0,55 0,9) sudaki çözünmüş madde miktarı bulunabilir. Su analiz raporunun kontrolünde iletkenliğin 1/100 ü ile meq/l olarak katyon ve anyon toplamının oranından faydalanılır. Kalsiyum, magnezyum değerleri toplamının, sodyum ve potasyum değerleri toplamından büyük olması halinde yukarıdaki oran sınırına girmelidir. Eğer sodyum, potasyum değeri toplamı, kalsiyum magnezyum değerleri toplamından büyük ise oran sınırındadır. Analiz Yöntemi: Enstrümental yöntem: iletkenlik hücresi ve Wheatstone köprüsü ile Yöntemin esası: Elektriksel direnç birimi ohm dur. Bunun tersi olan iletkenliğin birimi ise mho dur. İletkenlik ölçümü, iletkenlik hücresi ve Wheatstone köprüsü yardımıyla yapılır. Kullanılan hücredeki elektrotlar, iki adet platin elektrot olup yüzey alanları 1 cm 2 ve aralarındaki uzaklık 1 cm dir. Hücre sabitleri, her hücre için değişik değerler olup, kontrolü standart potasyum klorür çözeltisi (0,01 M) ile yapılır. 25 o C de bu çözeltinin iletkenliği 1413 micromhos/cm dir. 12

13 Hücre elektrotlarının platinlenmesi: Önce hücre yıkama asiti ile temizlenir. 1 gr platin klorür ve 0,012 gr kurşun asetat 100 ml damıtık suda çözülür. Elektrotlar bu çözeltiye daldırılır. 1,5 voltluk kuru pilin (-) kutbuna bağlanır, pilin (+) kutbu ise bir platin tele bağlanarak tel çözeltiye batırılır. Akım çok az miktarda gaz çıkacak şekilde ayarlanır. İki elektrot da platinle kaplanıncaya kadar elektrolize devam edilir. Platinlenen elektrotlar, kullanılmadıkları zaman, damıtık suda saklanmalıdır. Standart çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan suyun 25 2 mikrosiemens den küçük ve ph nın 5,6-6,0 olması gerekir. Deney Düzeneği Kullanılan Aletler ve çözeltiler İletkenlik ölçme aleti ( Kondüktivite aleti, EC) 0,01 M KCl çözeltisi Deneyin YapılıĢı o C de iletkenliğinin Örnek 100 ml lik behere alınır. Hücre örneğe birkaç kez daldırılıp çıkartılarak elektronların numune ile ıslanması sağlanır. İletkenlik ölçüm cihazı ekranından okunan değer, hücre sabiti ve sıcaklık faktörü ile çarpılarak iletkenlik hesaplanır. EC ( Elektriksel Kondüktivite aleti) ile iletkenlik ölçümü Günümüzde iletkenlik ölçümü, Wheatstone köprüsü prensibi ile çalışan otomatik aletlerle yapılmaktadır. Bu aletlerde, iletkenlik değerini sıcaklık faktörüyle çarpılması otomatik olarak gerçekleşmektedir. İletkenliği ölçülmek istenen numune beher içerisine konulur. Kondüktivite aletinin probu saf su ile temizlenip kurutulduktan sonra numune içerisine daldırılır. İletkenlik değeri µs/cm veya ms/cm olarak cihazın dijital göstergesinden okunur. Diğer numune ölçümlerine geçilmeden önce cihazın probu tekrar saf su ile temizlenip kurutulur. Hesaplamalar Herhangi bir sıcaklıkta ölçülen elektriksel iletkenlik değerinin 25 o C deki standart değere çevrilebilmesi için tablolardan alınan sıcaklık çevrim faktörüyle çarpılması gerekmektedir. Birçok cihazda bu işlem otomatik olarak yapılmaktadır. Su kalite analizlerinde, iletkenliği ölçmek diğer parametreleri ölçmekten daha kolay ve pratiktir. Su numunesinin tuzluluk ve çözünmüş katı madde içeriği iletkenlik değerinden yaklaşık olarak aşağıdaki eşitliklerle belirlenebilir. 13

14 CO 2 Karbondioksit kokusuz, renksiz, hafif asit tadında bir gazdır. Havadan daha ağırdır (odaların önce yere yakın olan bölümünde birikir) ve boğucu bir gazdır. Karbondioksit atmosferde çok düşük konsantrasyonda (% 00,3 00,6) bulunan bir gazdır. Alevi ve her çeşit yanmayı söndürür, engeller. Sudaki serbest karbondioksit, genellikle organik maddelerin aerobik veya anaerobik bozunmalarından ve suda yaşayan hayvan ve bitkilerin solunumlarından suya karışır. Suyun asitlerle kirlenmesi, sudaki karbonat, bikarbonat ve karbondioksit arasındaki dengeyi bozar ve serbest karbondioksit meydana gelmesine neden olur. CO 2 + H 2 O HCO H Hava ile dengede bulunan su içerisinde 0,07 mg/l kadar karbondioksit vardır. Genel olarak yüzey sularında 10 mg/l den daha az miktarda karbondioksit korozif etki gösterir. Sudaki dengedeki karbondioksit derişimi sıcaklıkla orantılı olarak değişir. Suda gaz halinde bulunan karbondioksite serbest CO 2, karbonat ve bikarbonat halinde bulunan karbondioksite, bağlı karbondioksit denir. Deney Düzeneği Kullanılan Aletler ve çözeltiler CO 2 ölçüm kiti Atıksu numunesi Deneyin YapılıĢı 23 ml atıksu numunesi ölçüm şişesine eklenir. Üzerine 1 damla fenolftalein indikatörü konur. Daha sonra sodyum hidroksit çözeltisi damla damla sayılarak eklenir. Her damladan sonra ölçüm şişesi yavaşça çalkalanır. Bu işlem numunenin rengi 30 saniye boyunca açık pembe renkte kalıncaya kadar devam ettirilir. Hesaplamalar CO 2 mg/l = Damla sayısı x 1,25 14

15 DENEY 5 ALKALĠNĠTE Alkalinite, suyun asit nötralize etme kapasitesidir. Alkalinite, öncelikle sudaki karbonat, bikarbonat ve hidroksil içeriğinin bir fonksiyonudur. Ayrıca; borat, fosfat, silikat ve diğer bazlar alkaliniteye katkıda bulunurlar. Yüzey sularında alkalinitenin kaynakları Karbonat (CO 2-3 ), Bikarbonat (HCO - 3 ), Hidroksit (OH - ), Zayıf asitler; Borat (BO 3-3 ), Fosfatlar (PO 3-4, HPO 2-4 ) ve silikatlardır (SİO 4-4 ). Çevre Mühendisliğinde alkalinite verileri; koagülasyon, tamponlama, endüstriyel arıtma, su yumuşama, korozyon kontrolü gibi konularda özellikle önemlidir. Alkalinite ölçümü için yapılan titrasyon da ph dönüm noktalarına göre iki tür alkaliniteden söz edilebilir. - Fenolftalein alkalinitesi (FF); suyun içinde OH - ve CO 2-3 iyonları varsa, suyun ph sı 10 un üzerindedir. Titrasyon sırasında fenolftaleinin dönüm noktası olan ph 8,3 e gelindiğinde örnek içinde aşağıdaki tepkimeler gerçekleşmiştir; OH - + H + H 2 O CO H + - HCO 3 - Metil oranj alkalinitesi (MO) : ph = 8,3 den, ph = 4,5 yani metil oranjın dönüm noktasına kadar gerçekleşen titrasyon sonucunda aşağıdaki tepkimeye göre HCO - 3 lar karbonik asite dönüşür HCO H + H 2 CO 3 - Toplam Alkalinite (TA) (TA=FF+MO) : Toplam alkalinite fenolftalein ve metil oranj alkalinitelerinin toplamı olarak ifade edilir. Örnek içindeki alkalinite türleri titrasyonda dönüm noktalarında harcanan asit miktarlarından belirlenebilir; Alkalinite türü OH - FF=TA CO 3 2- OH - 2- ve CO 3 CO ve HCO 3 - HCO 3 FF=1/2TA FF>1/2TA FF<1/2TA FF=0 15

16 Kullanılan Araç ve Gereçler: ph metre Genel laboratuar cam malzemeleri Kullanılan Kimyasallar: Standart sülfürik asit çözeltisi, 0,1 N: 2,8 ml derişik asit 1 litreye tamamlanır. Standart sülfürik asit çözeltisi, 0.02 N: 200 ml 0,1 N H 2 SO 4 çözeltisi litreye tamamlanır. Metil Oranj İndikatörü: 100 mg metil oranj tozu 200 ml distile suda çözülür. Fenolftalein indikatörü: 1 g fenolftalein disodyum tuzu önce 100 ml alkolde çözülür ve 100 ml distile su ilave edilir. Deneyin YapılıĢı: 50 ml numune alınır. 0,1 N H 2 SO 4 standart çözeltisi ile önce fenolftalein indikatörü (5 damla) eşliğinde kırmızı renkten renksize dönünceye kadar titre edilir ve sarfiyatı fenolftalein alkalinitesi sarfiyatı olarak kaydedilir. Eğer fenolftalein indikatörü ilave edildiğinde renk dönüşümü olmuyorsa, numunede fenolftalein alkalinitesi yoktur demektir. Bu kez aynı karışım üzerine metil oranj indikatörü (5 damla) ilave ederek bürette kalan yerden titrasyona devam edin. Portakal renginden kırmızıya dönülen noktadaki sarfiyat toplam alkalinite sarfiyatıdır. Hesaplamalar: Alkalinite (mg CaCO 3 /L) = Burada; V = Numune için harcanan H 2 SO 4 hacmi N = H 2 SO 4 ün normalitesi 16

17 DENEY 6 SERTLĠK TAYĠNĠ Sertlik su içerisindeki çözünmüş (+2) değerlikli metalik katyonlardan oluşur. Bunlar belirli anyonlarla (HCO - 3, SO 2-4, Cl -, NO - 3, SiO 3 ) tepkime sonucu ısıl sistemlerde tabakalaşma meydana getiriler. Bir suyun sertliği içindeki başlıca çözünmüş kalsiyum veya magnezyum tuzlarından ileri gelir. Bunun yanında stronsiyum, demir iyonları, mangan iyonları doğal sularda sertliğe neden olan diğer katyonlardır. Sularda toplam sertlik (TS) ; Kalsiyum ve magnezyum iyonu konsantrasyonlarına eşittir. meq/l ya da mg/l CaCO 3 şeklinde ifade edilir. Toplam sertlik = Kalsiyum + magnezyum Sularda kalıcı sertlik ve geçici sertlik olmak üzere 2 çeşit sertlik mevcuttur. Geçici sertlik (Karbonat Sertliği (KS)); Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının bikarbonat türleri bu sertliğe sebep olur [Ca(HCO 3 ), Mg(HCO 3 )]. Karbonat sertliği karbonat ve bikarbonat alkalinitelerine eşittir. Kalıcı sertlik (karbonat olmayan sertlik (KOS) ); Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının klorür, nitrat, sülfat, fosfat gibi anyonlarla yaptığı bileşikler sebebiyle oluşan sertlik türüdür (CaSO 4, MgSO 4 ). Toplam sertlikten kalsiyum sertliğinin çıkarılmasıyla elde edilebilir. Geçici sertlik bikarbonatlardan ileri geldiğinden, suların kaynatılması ile giderilir. Hâlbuki kalıcı sertlik kalsiyum ve magnezyum sülfat ve klorürden ileri geldiği için kaynatılmakla giderilemez. Çeşitli sertlik birimleri vardır. Bunlardan en çok kullanılanları; 1 Fransız Sertliği = 10 mg/l CaCO 3 1 Alman Sertliği = 17,8 mg/l CaCO 3 1 İngiliz Sertliği = 14,3 mg/l CaCO 3 17

18 Sular genel olarak sertlik derecesine göre aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi sınıflandırılabilir. Tablo Suların sertlik derecesi ve CaCO 3 (mg/l) ilişkisi mg CaCO 3 /L Sertlik Derecesi 0-75 Yumuşak Orta sertlikte Sert 300 ve üzeri Çok Sert Toplam Sertlik = Kalsiyum sertliği + Magnezyum sertliği Eğer ; Toplam Sertlik > Alkalinite Karbonat sertliği = Alkalinite Karbonat Olmayan sertlik = TS - KS Toplam Sertlik < Alkalinite Karbonat sertliği = Toplam sertlik Karbonat Olmayan sertlik = 0 Toplam Sertlik: Prensip: Ca ve Mg içeren bir suya Eriochrome Black T gibi bir indikatör eklendiğinde suyun rengi PH 10 civarında şarap kırmızısına döner. Çözeltiye EDTA eklendiğinde EDTA, Ca ve Mg ile şelatlı kompleks oluşturarak çözelti rengini maviye doğru döndürür. Kullanılan Kimyasallar Tampon Çözeltisi a) 1,179 g EDTA disodyum tuzu ve 780 mg MgSO 4.7H 2 O veya 644 mg MgCl 2.6H 2 O, 50 ml damıtık suda çözülür. Bu çözeltiye 16,9 g NH 4 Cl ve 143 ml derişik NH 4 OH ilave edilir, karıştırılır, damıtık su ile 250 ml ye seyreltilir. b) 67,5 g amonyum klorürü az miktarda damıtık suda çözülür. Buna 570 ml derişik NH 3 ve 5,0 g EDTA nın magnezyum tuzu ilave edilerek damıtık su ile 1000 ml ye tamamlanır. 0,01 N EDTA Çözeltisi : 1,86 g EDTA damıtık suda çözülerek 1000 ml ye tamamlanır. Çözelti kalsiyum tayininde anlatıldığı gibi 0,01 N CaCO 3 çözeltisine karşı ayarlanır.. 0,01 N CaCO 3 Çözeltisi : 0,5 g CaCO 3 (1 + 1) HCl in en az miktarında tamamen çözülerek, damıtık su ile 1000 ml ye tamamlanır. 1 ml = l.00 mg CaCO 3. 18

19 Erio Chrome Black T İndikatörü : 0,5 g Eriochorome black T (Eriochorome-Schwartz T) ve 100 g NaCl bir havanda çok ince ezilerek karıştırılır. Bu katı indikatör karışımı uzun zaman dayanıklıdır. Önleyici Reaktifler (İnhibitörler) : Numunede reaksiyonu engelleyici iyonlar varsa, son noktasındaki rengin kesin ve berrak olması için önleyici reaktifler kullanılır. (NH 3 ve Fe gibi) I. Numuneye 0,25 g toz halde sodyum siyanür (NaCN) ilave edilir. Sonra ph değeri 10 ± 0,1 olarak düzeltilir. II. 5,0 g Na 2 S.9H 2 O veya 3,7 g Na 2 S.5H 2 O, 100 ml damıtık suda çözülür. Reaktif şişesinin kapağı sıkıca kapatılır. Özellikle çözeltide ağır metal iyonları bulunduğu zaman son noktasının görülmesi, meydana gelen ağır metal sülfürler nedeniyle engelleyeceklerdir. Analiz 1 ml reaktif ilavesiyle yapılabilir. III. 4,5 g hidroksilamin hidroklorür, 100 ml % 95 lik etil veya izopropil alkolde çözülür. Deneyin YapılıĢı 25 ml su numunesi alınarak 50 ml ye seyreltilir. 1 ml tampon ve spatül ucu indikatör ilâve edilir. 0,01 N EDTA çözeltisi ile renk kırmızıdan maviye dönene kadar titre edilir. EDTA ve tuzları alkali metal katyonları ile kompleks teşkil ederler. Tampon çözeltisinin ilavesinden sonra titrasyon 5 dakikalık bir süre içinde yapılmış olmalıdır. Eğer dönüm noktası kesin gözlenemiyorsa bozucu etkileri gidermek üzere inhibitörden de 1 ml ilâve edilmelidir. Hesaplamalar M 1 x V 1 = M 2 x V 2 İpucu: Buradan örneğin molaritesi bulunur. Molariteden mg/l CaCO 3 olarak sertlik hesaplanır. Kalsiyum (Ca 2+ Tayini) Prensip: Ca ve Mg içeren bir suya EDTA eklendiğinde EDTA bileşiği öncelikle kalsiyum ile birleşme eğilimindedir. PH magnezyumu hidroksit şeklinde çöktürecek kadar yeterli olduğunda indikatör direk olarak kalsiyumla reaksiyona girer ve EDTA yardımıyla su içerisinde bulunan kalsiyum rahatlıkla belirlenebilir. İndikatörlerin çoğu PH12-13 civarında tüm kalsiyum EDTA ile birleştiğinde renk değişimi oluşturur. 19

20 Kullanılan Reaktifler 1- EDTA (Etilen Diamin Tetra Asetik Asit) çözeltisi,0,01m 2- Kalsiyum klorür çözeltisi (CaCl 2 ) 3- Sodyum Hidroksit ( NaOH, 1 N) çözeltisi 4- İndikatör (Müreksit (pembeden leylak moruna)veya Eriochrome Blue Black R (kırmızıdan mavi-mor renge)) EDTA Çözeltisi: 1,86 g EDTA damıtık suda çözülerek 1000 ml ye tamamlanır. 0,01 N CaCl 2 çözeltisi ile standardize edilir. Kalsiyum Klorür Çözeltisi: 0,5 g saf kalsiyum karbonat (CaCO 3 ) (1+3) lük 10 ml HCl asitte çözülür. Damıtık su ile 1 litreye tamamlanır. Kullanılan Gereçler 1- Büret, 50 ml lik 2- Beher, 200 ml lik 3- Balon joje, 1000 ml lik Deneyin YapılıĢı 10 ml numune içerisine 50 ml saf su, 1-2 damla sodyum hidroksit ve spatül ucu ile müreksit ilave edilir. İndikatör çözününceye kadar karıştırıldıktan sonra renk pembeden leylak moruna dönene kadar EDTA çözeltisi ile titre edilir. Titrasyon işlemi sırasında sarfiyatlar kaydedilir. Gerekli hesaplamalar yapılarak kalsiyum miktarı tespit edilir. Dikkat Edilecek Hususlar: Deneye başlamadan önce saf su kullanılarak blank (kör) numune hazırlanmalıdır. Hesaplamalar Hesaplamalar toplam sertlikte belirtilen şekilde yapılarak mg/l CaCO 3 cinsinden kalsiyum sertliği bulunur. meq/l ye çevrilerek ifade edilir. 20

21 DENEY 7 SÜLFAT TAYĠNĠ Kükürt (S - ) bazı organik maddelerin yapısına da girebilen, onun dışında doğal dolanımda en çok inorganik halde yer alan bir elementtir. Sularda az miktarda kükürt bulunabilir. Sülfat (SO 2-4 ) ise oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunabilir. Çünkü kayalardan çözeltiye geçen katyonlar genellikle sülfatlı bileşiklerdir. Tabiatta bulunan ağır metal sülfürleri atmosferik olayların etkisiyle kısmen oksitlenerek suda çözünebilen sülfatları oluşturular. Maden drenaj artıkları pirit oksidasyonu nedeniyle çevreye yüksek miktarda sülfat verebilmektedir. Ayrıca, kâğıt ve tekstil endüstrisinden deşarj yoluyla sulara karışabilir. Evsel su kaynaklarındaki sülfat miktarı yüksek konsantrasyonlarda bulunduğunda insanlar üstündeki müshil etkisinden dolayı çok önemlidir. Bu yüzden insan kullanımı göz önünde tutularak sularda üst limit değer olarak 250 mg/l tavsiye edilmektedir Evsel ve endüstriyel su kaynaklarındaki sülfat kazan ve ısıtıcılarda sert kabuklar oluşturma eğiliminden dolayı önemlidir. Sülfat tayin yöntemleri: 2-4- Gravimetrik Metot: BaCl 2 ile SO 4 asidik ortamda BaSO 4 şeklinde çöktürülerek ağırlığından hesaplanır. 10 mg/l ve üzeri derişimlerde ölçüm için uygun bir metoddur. 5- Türbidimetrik Metot: Sülfat iyonları asidik ortamda BaCl 2 ile BaSO 4 oluşturacak şekilde kompleksleştirilir. Spektrofotometre ile 420 nm de ölçülen absorbans değerinden yararlanarak sülfat miktarı tayin edilir mg/l arasındaki derişimleri ölçebilen bir yöntemdir. 6- Kolorimetrik Metot: Metil timol mavisi yardımıyla yapılan bir yöntemdir. Kısa süre içinde daha fazla örneğin ölçümünün yapılabilmesi için tercih edilen bir yöntemdir. 7- İyon kromatografisi: 0,1 mg/l gibi düşük değerleri ölçebilmesiyle sülfat tayininde kullanılan en iyi metotlardan biridir. Bu deneyde sülfat tayini türbidimetrik (bulanıklık ölçüm) yöntem kullanılarak yapılacaktır. Kullanılan Kimyasallar Tampon çözeltisi: 30 g magnezyum klorür (MgCl 2.6H 2 O), 5 g sodyum asetat (CH 3 COONa.3H 2 O), 1 g potasyum nitrat (KNO 3 ) ve 20 ml asetik asit (CH 3 COOH) (% 99'luk) 500 ml distile suda çözülür ve distile su ile 1 litreye tamamlanır. Baryum Klorür: mesh'lik kristal Baryum klorür. 21