ALKALİNİTE. 1 ) Hidroksitler 2 ) Karbonatlar 3 ) Bikarbonatlar

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ALKALİNİTE. 1 ) Hidroksitler 2 ) Karbonatlar 3 ) Bikarbonatlar"

Ediz Çavdarlı
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ALKALİNİTE Bir suyun alkalinitesi, o suyun asitleri nötralize edebilme kapasitesi olarak tanımlanır. Doğal suların alkalinitesi, zayıf asitlerin tuzlarından ileri gelir. Bunların başında yer alan bikarbonatlar, alkalinitenin en önemli şeklidir. Bikarbonatlar karbondioksitin topraktaki bazik maddeler üzerindeki faaliyeti sonucu sularda oluşurlar. Doğal sularda ayrıca boratlar, silikatlar ve fosfatlar gibi diğer zayıf asit tuzları küçük miktarlarda bulunabilirler. Bazı durumlarda doğal sular, önemli miktarda karbonat ve hidroksit alkalinitesi içerebilir. Bu duruma özellikle alglerin ürediği yüzeysel sularda rastlanır. Algler sudaki serbest veya iyonize haldeki karbondioksiti alırlar ve suyun ph ını 9 10 a yükseltirler. Kazan suları karbonat ve hidroksit alkalinitesini içerebilir. Birçok madde suyun alkalitesine katkıda bulunur. Doğal sularda alkalitenin en önemli kısmı, 3 tür maddeden ileri gelir. Bunların ph değerlerinin yüksek oluşuna göre şu şekilde gruplandırabiliriz. 1 ) Hidroksitler 2 ) Karbonatlar 3 ) Bikarbonatlar Suların alkalinitesi genelde zayıf asitlerin tuzlarından ve kuvvetli bazlardan ileri gelir. Alkalinite, atık su arıtma uygulamalarında çok kullanılan bir özelliktir. Alkalinite halk sağlığı yönünden önemli değildir. Yüksek alkaliniteli sular, genellikle tatsızdır. Alkalinite, iki indikatör (fenolftalein ve metiloranj) ve 0.02 N H 2 SO 4 ile titre edilerek tayin edilebilir. Su, hidroksit veya karbonat içerdiği zaman fenolftalein indikatörü ile pembe renk verir. Asitle titrasyonda pembeden renksiz hale geçtiği anda ph = tür. Metiloranj, bu üç alkaliniteden birinin bulunması halinde sarı renk verir, asit mevcudiyetinde ise kırmızıya döner; bu anda ph = 4.4 tür. Normal karbonat alkalinitesi, hidroksit veya bikarbonat alkalinitelerinden birisi ile birlikte bulunabilir. Fakat hidroksit ve bikarbonat alkalinitesi aynı numunede birarada bulunmaz. Eğer numunede fenolftalein alkalinitesi varsa, hidroksit veya karbonat iyonlarından biri veya her ikisi de bulunabilir. Eğer numunede sadece metiloranj alkalinitesi varsa bu üç alkaliniteden herhangi biri mevcut olabilir veya hidroksil ve karbonat birlikte veya karbonat ve bikarbonat birlikte bulunabilir. Titrasyonu takip eden hesaplamalarda alkalinitenin türleri, kullanılan indikatörlerle sarfedilen asit miktarının alkaliniteyi oluşturan iyonlara göre dağılımı yapılarak bulunur.

Doğal sularda ayrıca boratlar, silikatlar ve fosfatlar gibi diğer zayıf asit tuzları küçük miktarlarda bulunabilirler.

2 Amerikan literatürüne göre fenolftalein alkalinitesi (P) ; metiloranj alkalinitesi (M) ; Toplam alkalinite de (T) harfiyle gösterilmektedir. Doğal Sularda CO 2, Alkalinite ve ph İlişkileri Doğal sulardaki CO 2, alkalinite ve ph İlişkileri bağıntılar ile verilir. CO 2 + H 2 O HCO 3 + H+ M(HCO 3 ) 2 M HCO 3 HCO CO H + CO H 2 O HCO 3 + OH- Şekil mg lt toplam alkalinite içeren bir suda, alkalinitenin üç şekli ve karbondioksit arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Bu grafiğin hazırlanması için yukarıda verilen bağıntılar kullanılmıştır. Şekil 1 deki grafik, sadece belli sertlikteki su için örnek olarak verilmiştir. Toplam alkalinite, sıcaklık ve bunun gibi faktörlerle ilgili ilişkiler farklıdır. Şekil 1. Çeşitli ph seviyelerinde alkalinitenin üç şekli ve karbondioksit arasındaki ilişki (değerler 25 C de toplam alkalinitesi 100 mg/lt olan su için hesaplanmıştır. Alkalinite Verisinin Uygulamaları Alkalinite ile ilgili bilgiler, çevre mühendisliği uygulamalarında çeşitli şekillerde kullanılırlar. İçme ve atık suların kimyasal pıhtılaştırma işlemlerinde kullanılan kimyasal maddeler, su ile reaksiyona girerek

CO 2 + H 2 O HCO 3 + H+ M(HCO 3 ) 2 M +2 + 2HCO 3 HCO CO 2 3 3 + H + CO 2 3 + H 2 O HCO 3 + OH- Şekil 1 100 mg lt toplam alkalinite içeren bir suda, alkalinitenin üç şekli ve karbondioksit arasındaki

3 çözünmeyen hidroksit çökeleklerini oluştururlar. Açığa çıkan hidrojen iyonu, suyun alkalinitesi ile tepkimeye girer. Alkalinite, kireç ve soda kireç yöntemleri ile suların yumuşatılması işlemlerinde gerekli kimyasal madde miktarlarının hesabında önemlidir. Alkalinite, korozyon kontrolünde önemli bir parametredir. Alkalinite, ölçümleri atıksuların ve çamurların tamponlama kapasitelerinin değerlendirilmesinde kullanılır. Karbondioksit, asidik bir gaz olduğundan, karbondioksitin uzaklaştırılması ile; CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H+ HCO 3 H+ + CO 2 3 CO H 2 O HCO 3 + OHbağıntısına göre suyun ph ı yükselir. Numunelerin Korunması Analiz en kısa sürede yapılmalıdır. Bekletmek gerekiyorsa, + 4 o C soğukta, cam kapta 2 gün bekletilebilir. Girişimler ve Giderilmeleri Burada verilen metot, doğal su kaynakları ve aşırı renkli olmayan atıksular için çok yaygın bir metot olup genellikle girişime maruz değildir. Ancak, aşırı renkli numunelerde ph metre ile yukarıda belirtilen dönüm noktalarına kadar kontrollü bir titrasyon yapılarak bu tip girişimler minimuma indirilebilir. Reaktifler Metiloranj İndikatör Çözeltisi: 0.05 g metiloranj 100 ml damıtık suda çözülür. Fenolftalein İndikatör Çözeltisi: 1 g fenolftalein 100 ml % 98 lik Etil alkolde (C 2 H 5 OH) çözülür. Üzerine 100 ml damıtık su ilave edilir N NaOH ile hafif pembe renk görünene kadar titre edilir. Standard 0.02 N H 2 SO 4 Çözeltisi: 56,3 ml d.h 2 SO 4 (d=1.84 g/cm 3 ) alınıp yaklaşık 700 ml saf suya yavaş yavaş ve bir bagetle karıştırılarak ilave edilir. Oda sıcaklığına kadar soğutulur. Daha sonra saf suyla 1000 ml ye tamamlanır.

Alkalinite, ölçümleri atıksuların ve çamurların tamponlama kapasitelerinin değerlendirilmesinde kullanılır.

4 Standard 0.02 N H 2 SO 4 Çözeltisi: 2 N H 2 SO 4 çözeltisinden balonlu bir pipetle 10 ml. alınıp yaklaşık 900 ml saf su üzerine ilave edilir. Daha sonra 1000 ml ye tamamlanır. (0.02 N ) 0.02 N Na 2 CO 3 Ayar Çözeltisi: 140 o C de etüvde kurutulmuş Na 2 CO 3 tan 1.06 g tartılıp, karbondioksitsiz su ile 1000 ml ye tamamlanır. Standard Çözeltilerin Ayarları 0.02 N H 2 SO 4 Çözeltisinin Ayarlanması 5 10 mg sodyum karbonat tartılıp 100 ml damıtık suda çözülür. 1 2 damla metiloranj damlatılıp, 0.02 N H 2 SO 4 ile dönüm noktasına kadar titre edilir. Aşağıdaki formülden asidin faktörü hesaplanır. T 1000 Asidin Faktörü, F = m S N F= Sülfürik asitin faktörü, T= Sodyum karbonat tartımı, g. m= Sodyum karbonatın ekivalent tartısı (52.997) S= Titrasyonda sarfedilen 0.02 N H 2 SO 4 miktarı (ml) N = Sülfürik asitin normalitesi, 0.02 Numune Hazırlanması Numuneden hassas ölçülerek doğrudan 100 ml alınarak çalışılır. Alkalinite tayininde ön işlem genellikle yapılmaz. Ancak çok renkli sularda ph Metre ile dönüm noktalarına kadar titrasyon yapılır. İşlem ml numune erlene alınır. 3-4 damla fenolftalein çözeltisi konur. Eğer renk pembe oluyorsa renk gidinceye kadar 0.02 N H 2 SO 4 ile titre edilir. Asit miktarı kaydedilir. (P, Fenolftalein Alkalinitesi) Pempe renk oluşmamış ise, suyun ph ı 8.3 den küçüktür ve hidraosit+karbonat alkalinitesi sıfırdır. 2. Aynı numuneye 3 4 damla metiloranj damlatılarak tekrar 0.02 N H 2 SO 4 ile soğan kırmızısına yakın bir renk oluşuncaya kadar titrasyona devam edilir ve sarfedilen asit miktarı kaydedilir. (M, Metiloranj Alkalinitesi) 3. Toplam Alkalinite hesabı için, T = P + M toplamı alınır.

02 N H 2 SO 4 Çözeltisinin Ayarlanması 5 10 mg sodyum karbonat tartılıp 100 ml damıtık suda çözülür. 1 2 damla metiloranj damlatılıp, 0.02 N H 2 SO 4 ile dönüm noktasına kadar titre edilir.

5 Hesaplama a. Toplam Alkalinite Hesabı: Toplam Alkalinite, mg/l CaCO 3 eşdeğeri olarak aşağıdaki formülden hesaplanır: T N Toplam Alkanite = mg/l CaCO 3 V T= İkinci dönüm noktası sonuna (fenolftalein + metiloranj) kadar sarf edilen toplam H 2 SO 4 miktarı, ml N= Sülfirik asit çözeltisinin normalitesi. V= Numune Hacmi, ml Örnek: 100 ml numune için toplam 1 ml 0.02 N H 2 SO 4 harcandığında, Top. Alkanite = = 10 mg/l CaCO 3 Eşdeğeri 100 olur. b. Alkalinitenin İyon Türlerine Göre Hesabı: Yukarıda belirtildiği üzere, alkaliniteyi oluşturan 3 iyon (OH -, CO = - 3, HCO 3 numunede 5 değişik durumda mevcut olabilir. 1. Yalnız (OH - ): 2 NaOH + H 2 SO > Na 2 SO 4 + 2H 2 O ) herhangi bir 2. Yalnız (HCO 3 - ): 2 NaHCO 3 + H 2 SO > Na 2 SO 4 + 2H 2 CO 3 3. Yalnız (CO 3 = ): CO 3 = + 2H ----> 2HCO 3-2HCO H+ ----> H 2 CO 3 4. (OH - ) ve (CO 3 = ) : Yukarıdaki reaksiyonlar 5. (CO 3 = ) ve (HCO 3 - ): Yukarıdaki reaksiyonlar OH - ve HCO - 3 iyonlarının bir arada bulunamayacakları ve CO = - 3 iyonlarının öncelikle HCO 3 halinde olmak üzere iki kademede titre edildiği ve bunların yarısının fenolftalein alkalinitesinde diğer yarısının ise metiloranj alkalinitesinde yer alacağı düşünülerek, alkaliniteyi oluşturan iyonlar arasında bağıntılar kolaylıkla hesaplanabilir.

metiloranj) kadar sarf edilen toplam H 2 SO 4 miktarı, ml N= Sülfirik asit çözeltisinin normalitesi. V= Numune Hacmi, ml Örnek: 100 ml numune için toplam 1 ml 0.02 N H 2 SO 4 harcandığında, 1 0.

6 Alkaliniteye Katkıda Bulunan Temel İyon Türlerinin Titrasyon Sarfiyatlarından Hesaplanması SARFİYAT OH - ALKALİNİTESİ CO 3 = ALKALİNİTESİ HCO 3 - ALKALİNİTESİ P = T P < T/ 2 0 2P T - 2P P = T/2 0 2P 0 P > T/2 2P T 2 (T - P) 0 P = T T ml numune hacmi ve 0.02 N Sülfürik Asitle yapılan titrasyon için; 1. Eğer P=0 ise; Fenolftalein alkalinitesi sıfır ise, alkalinitenin hepsi bikarbonattan ileri gelir. Bu bikarbonatın miktarı klasik titrasyon formülü kullanılarak hesaplanabilir; E N F S Miktar, mg/l = 1000 = [61 0,02 1 (1 1000/100) ] / 1000 mg/l = 12,2 mg /l yani; HCO - 3 = T 12,2 mg/l (T ml sarfiyat için) - 61 mg HCO 3 1 meq olduğundan, 1 meq CaCO 3 a (yani 50 mg) eşdeğerdir, bu sebeple; HCO - 3 = T [50 12,2 /61] = T 10 mg/l (CaCO 3 eşdeğeri) 2. Eğer P< T/2 ise; Numunede tabloya göre karbonat ve bikarbonat iyonları mevcuttur. Aynı hesap tekniklerini kullanarak ve gerekli meq tartılarını göz önüne alarak; CO 3 = = P 12 mg/l veya 2P 10 mg/l (CaCO 3 eşdeğeri) HCO 3 - = (T- 2P) 12,2 mg/l veya (T -2P) 10 mg/l (CaCO 3 eşdeğeri) 3. P= T/2 ise; Numunede sadece CO 3 = iyonları mevcuttur. CO = = 3 = T 6 mg/l. veya CO 3 = T 10 mg/l. (CaCO 3 eşdeğeri)

Eğer P=0 ise; Fenolftalein alkalinitesi sıfır ise, alkalinitenin hepsi bikarbonattan ileri gelir.

7 4. P> T/2 ise; Numunede sadece OH - ve CO 3 = iyonları mevcuttur. OH - = (2P-T) 6,8 mg/l veya (2P-T) 10 mg/l (CaCO 3 eşdeğeri) CO 3 = = (T-P) 12mg/l veya CO 3 = = 2 (T-P) 10 mg/l ( CaCO 3 eşdeğeri ) 5. P=T ise; Numunede sadece OH - var demektir. OH - = P 3,4 mg/l veya OH - = P 10 mg/l (CaCO 3 eşdeğeri) Kaynaklar 1. ASKİ Merkez Laboratuvarları - Su ve Çevre Kimyası Analizleri 2. Peker, İ., Çevre mühendisliği Kimyası, BİRSEN YAYINEVİ. ISBN, : , Kayseri, Standard Methods, 1987 S.2 35

eşdeğeri ) 5. P=T ise; Numunede sadece OH - var demektir.

Benzer belgeler

BAZ KARIŞIMLARININ VOLUMETRİK ANALİZİ

BAZ KARIŞIMLARININ VOLUMETRİK ANALİZİ NaOH-Na2CO3 Tayini Alkali ve toprak alkali metallerin hidroksitleri kuvvetli nem çekici özelliğe sahiptirler. Bu nedenle katı haldeki bu hidroksitlerin dış yüzeyleri