1. BÖLÜM : ANALİTİK KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARI

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

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.

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.)

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.

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

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.

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

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.

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.

SI Birim Sistemine Göre Kabul Edilen Ölçüm Birimleri

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

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.

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;

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

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, 001744186 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 : 100 -- -- 100 Dengede : 27 73 73 + 73 [A ] = [H ] = 0174M 0,174 x = 0,12 7 M 100

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 2 2 2 2. 2H2 O = x 2 L x x BaCl2 1 mol BaCl2. 2 g BaCl 2. 2H2 O = 52, 7 688 g = 52,8 g BaCl 2.2H 2 O

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.

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)

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 + 3 6 1 1 3 6 3 [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.

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.

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 = 0,0219802198 mol Na CO 106, 0 g Na CO 2 3 2 3 2 3 2 3 Basamak 2 : 2 mol AgNO mol AgNO = 0,02198 mol Na CO x 3 = 0,04396 mol AgNO 1 mol Na CO 3 2 3 3 2 3 Stokiyometri Basamak 3 : 169,9 g AgNO g AgNO = 0,04396 mol AgNO x = 7,47 g AgNO 1 mol AgNO 3 3 3 3 3 1 mol Ag CO 275,7 g Ag CO 2 3 2 3 Oluşan g Ag2 CO 3 = 0,04396 04396 mol AgNO 3x x = 606g 6,06 Ag2 CO3 2 mol AgNO3 1 mol Ag2CO3

Stokiyometrik Hesaplamalar : Örnek : 25,0 ml 0,200 M AgNO 3 çözeltisi 50,00 ml 0,08000800 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 3 3 3 3 3 1 L Na2CO 3 00800, mol Na2CO 3 3 mol Na 2CO 3 = 50,0 0 ml Na 2CO 3 x x = 4,00 400x 10 molna 2CO 3 1000 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 2 3 2 3 2 3 3 2 3 2 mol AgNO 3 1 mol A g 2CO 3

BÖLÜM SONU Laboratuvarda Çalışırken Güvenliğinize Dikkat Ediniz