TÜBİTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-1 ÇALIŞTAY 2010 SU YOSUNLARINDA İYOT TAYİNİ Proje Ekibi Gökhan PARLAKGÜMÜŞ Betül ULU Rukiye TÜRKAY PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Fitnat KÖSEOĞLU Prof. Dr. Erol PEHLİVAN Doç. Dr. Ayhan ÇELİK KEPEZ/ÇANAKKALE TEMMUZ-2010 1
İÇİNDEKİLER SAYFA NO Proje kapağı 1 İçindekiler 2 Proje özeti 3 Giriş.... 4 Yöntem ve araştırma... 7 Sonuç ve Değerlendirme 10 Kaynaklar 11 Katkıda Bulunanlar 12 Çalışma Takvimi 13 Malzeme Listesi 14 Kısa Özgeçmiş 15 2
PROJE ÖZETİ Çanakkale bölgesindeki su yosunlarında iyot aranması amaçlandı. KIO 3 reaktifi kullanıldı su yosununda uygulanan bütün işlemler bu reaktifimizede uygulayarak su yosununda oluşacak renk gözlemlendi. Bu doğrultuda su yosununda bulunan olası iyodatı uygun çözücü ile I 2 formuna dönüştürüldü sodyum tiyosülfat çözeltisi ile titre edildi.örneğin; Laminaria ların (su yosunu) küllerinde 1000 kg da 5-10 kg iyot bulunur.fakat Çanakkale kıyılarında Kepez Bölgesinde bulunan su yosunlarında bu yöntemle ölçülemeyecek kadar az miktarda iyot olduğu belirlendi. Bu çalışmada sürpriz olarak su yosunlarında yüksek miktarda yağ olduğu gözlemlenmiştir. 3
GİRİŞ Su Yosunları ve Özellikleri Su yosunları ya da Algler (Latince de deniz otu anlamındaki "alga" dan türetilmiştir ), büyük çoğunluğu fotosentetik olmasına ve bitkilere benzemesine karşın, bitkiler alemiyle yakın akraba olmayan sucul canlı grubudur. Su yosunları, bitkilerin aksine, fotosentez ürünlerini nişasta formunda depolamazlar. Klorofil-c taşırlar ve bitkilerde bulunmayan başka pigment maddeleri bulundururlar. Çeşitli su yosunu gruplarına özel renklerini bu pigment maddeleri verir. Fotosentetik su yosunları, sucul ortamların birinci derecedeki üreticileri olduklarından önemlidirler. Alglerin bir diğer önemi de, pek çok sucul canlının besin kaynağını oluşturmalarıdır. 17. yüzyılın sonlarından beri, kahverengi alglerin yakılmasıyla mineralce zengin küllerinden sabun, cam, soda ve gübre yapımında kullanılan "potas" elde edilmektedir. Kimyasal maddeler arasında yer alan brom ve iyot ilk kez bu külden izole edilmiştir ve iyot hala Japonya'da deniz yosunlarından elde edilmektedir. Yosunlar yaygın bir şekilde gübre olarak kullanılmaktadır [1]. Su yosunları özellikle doğu Asya ülkelerinde önemli bir besin kaynağıdır. A, B1, B2, B6 ve C vitaminleriyle niyasin, iyot, potasyum, demir, magnezyum ve kalsiyum açısından zengindir. Bazı yosun çeşitleri "destek besini" olarak ticari işletmelerce yetiştirilmekte ve paketlenerek satılmaktadır. Çin'de yaklaşık 70 çeşit su yosunu yenmektedir. Japonya'da yaklaşık 20 yosun çeşidi yemeklerde kullanılmaktadır. İrlanda, İskoçya, İzlanda, Grönland ve Şili'de de yosun yemekleri tüketilmektedir [1]. İyot ve Kullanım Alanları İyot çevrede başlıca deniz suyunda çözünmüş iyodür olarak mevcuttur, ayrıca bazı topraklarda, minerallerde ve bazı deniz ürünlerinde de bulunur. Potasyum iyodürün bakır(ii) sülfat ile reaksiyonu ile son derece saf halde iyot elementi elde edilebilir. Bu elementi saflaştırmanın birkaç başka yöntemi daha vardır. Element deniz suyunda seyrek bulunmasına rağmen kelp ve bazı başka deniz bitkileri iyodu bünyelerinde biriktirme yeteneğine sahiptirler. Bu sayede iyot gıda zincirine girer, ayrıca ucuz yoldan da saflaştırılabilir. İyot ilaç 4
yapımında, antiseptiklerde, gıda katkılarında, boyalarda, katalizörlerde ve fotoğrafçılıkta kullanılır. Ayrıca tentürdiyotta da iyot vardır. Koyu gri-koyu mor bir katı iyot, ısıtıldığı zaman süblimleşme ile burnu tahriş edici, pembemor bir gaza dönüşür. Bu halojen diğer pek çok elementle bileşik oluşturabilir, ama grubundaki diğer elementlerden daha az etkindir ve metalik bazı özellikleri de vardır. İyot, kloroform, karbon tetraklorür ve karbon disülfürde kolaylıkla çözünüp mor çözeltiler oluşturur. Suda az çözünüp sarı bir çözelti oluşturur. Nişasta-iyot komplekslerinin koyu mavi rengi serbest elementten kaynaklanır. Ayrıca deniz suyundaki iyot saflaştırılabilir [2]. İyot, insan ve hayvanların normal büyüme ve gelişmesi için gerekli olan önemli bir besin maddesidir. İnsan vücudunda çok az miktarda bulunmakta olup, yediğimiz besinler ve su ile alınır. Vücudumuzdaki iyodun büyük bir kısmı tiroit bezinde bulunur ve tiroit hormonlarının yapımında kullanılır. Tiroit bezi, boynun ön tarafında yer alır ve tiroit hormonlarını üretir. Bu hormonlar vücudun normal büyümesi ve zihinsel gelişmesi ile birlikte vücut ısısının ve enerjisinin oluşması gibi olayların devamını sağlar. İyot eksikliği kilo aldırır, çünkü yeterli miktarda tiroksin hormonu üretilemez[3].tabiatta, toprakta ve suda bulunan iyot besinlerimize geçer. Örneğin; yosunlardaki iyot miktarı, diğer besinlerdekinin (süt, yumurta) neredeyse bin katıdır[3]. Dağlık ve erozyona uğramış bölge toprakları iyot bakımından fakirdir. Kayseri ve yöresi toprakları da bu özelliktedir. İyotça fakir topraklarda yetiştirilen yiyeceklerde ve bölge sularında yetersiz miktarda iyot bulunur. Bu besinlerle beslenen bireyler yeterli miktarda iyot almazlar. İyot sodyum ve magnezyum iyodürler şeklinde ve az miktarda deniz suyunda bulunur bazı deniz bitkilerinde depo edilir. Laminaria ların (su yosunu) küllerinde 1000 kg da 5-10 kg iyot bulunur. Bundan yola çıkılarak su yosunlarında büyük miktarda iyot çıkarılması beklenmektedir [4]. Neden Çanakkale Boğazı? Çanakkale Boğazı, İstanbul Boğazı ve Marmara Denizi'nin oluşturduğu Türk Boğazlar Sistemi (TBS) Akdeniz ve Karadeniz arasında bir geçit bölgesi oluşturur. Bu özelliği ile canlılar için aklimitizasyonun gerçekleştiği bir koridor özelliğini taşımaktadır [5]. Akdeniz ve Karadeniz arasında TBS aracılığı ile çift katmanlı akıntı sistemi şeklinde gerçekleşen alış veriş bölgedeki çevre sorunları üzerinde doğrudan öneme sahiptir. Karadeniz ve Akdeniz 5
arasında kirleticilerin taşınması bu alış verişe bağlıdır. Ayrıca bu alış veriş Karadeniz ve Marmara Denizi'ndeki su kütlesi ve bu su kütlesinin yenilenme özellikleri üzerinde de belirleyicidir [6].Çalışma alanının hem Karadeniz hem de Ege Denizi'nden gelen akıntıların etkisinde bulunması bu bölgedeki mineral besin elementleri ve organik karbon miktarının büyük oranda bu akıntılarca belirlenmesine yol açmaktadır [7]. 6
YÖNTEM VE ARAŞTIRMA Kimyasallar Su yosunları Çanakkale kıyılarında kepez bölgesinden toplandı. Yapılan bu çalışmada Nişasta, sodyum karbonat ( Na 2 CO 3 ), sodyum tiyosülfat (Na 2 S 2 O 3.5H 2 O), potasyum iyodür (KI), sülfürik asit (H 2 SO 4 ), sodyum hidroksit (NaOH) ve tetrametilamonyum klorid (N(CH 3 ) 4 Cl) kullanıldı. Numunenin Hazırlanışı Su yosunları bol suyla dezenfekte edildi bu işlem 8 defa tekrarlandı. Yosunlar etüvde 80 O C de 2 saatte kurutuldu. Kurutulan yosunlar havan yardımıyla küçük parçacıklara ayrıldı ve elekten geçirildi. Son olarak da yosunların çapları öğütülerek istenilen boyutta yosun tozu elde edildi. Geri Soğutma İşlemi Tetrametilamonyumhidroksit ( %25 w/w) elde etmek için (1:1,25 mol/mol) oranında tetrametilamonyumklorid ile sodyum hidroksitten sırasıyla 2,5 ve 3 er gram alındı. Bu karışım 100 ml ye tamamlanarak sulu çözeltisi hazırlandı. Bu karışım 10 ml ye tamamlanarak sulu çözeltisi hazırlandı. Bu tepkime sonucunda tetrametilamonyum hisroksit edildi ve yan ürün olarak da sodyum klorür ortaya çıktı. 100 mg yosun kurusu tartıldı ve 50 ml lik balona koyuldu. Yukarıda hazırlanan 10 ml (%25 w/w) tetrametilamonyumhidroksit yosunun üzerine ilave edildi. Bu çözeltiyle az miktarda küçük cam parçacıkları ( kaynamanı düzenli olması için ) eklendi. Balon jojedeki bu çözelti geri soğutucuda 4 saat kaynatıldı. Kaynayan çözelti 4 saati tamamladıktan sonra soğutmak için buz banyosuna alındı. Son olarak çözelti süzülerek çözelti kısmı safsızlıklarından arındırılıp ayrı bir kaba alındı. İyodimetrik Yöntem Yosunlarda iyot miktarını belirlemek için iyodimetrik yöntem kullanıldı. İlk olarak ortalama titrant hacmini bulmak için 10 ml KIO3 çözeltisi alındı. Bu çözelti üzerine 0,4 gr KI, 2 ml H 2 SO 4, 2-3 damla nişasta çözeltisi eklenerek tiyosülfat çözeltisiyle titre edildi, tiyosülfattan 10 ml harcandı. Böylelikle iyodun indirgenmesi için gerekli olan ortalama titrant hacmi 10 ml olarak bulundu. Bu işlem yosunlardaki iyot miktarını tayin etmek için kullanıldı. Aynı işlem 1 ml yosun alınarak üzerine 0,04 gr KI, 0,2 ml H2SO4 ve 2-3 damla nişasta çözeltisi eklenerek titre 7
edildiğinde açık sarı bir renk gözlemlendi. Tekrar aynı miktarlarda alınarak çözeltiye 0,2 ml KIO3 eklendiğinde yine açık sarı bir renk gözlemlendi. Fakat ortamın asidikliği arttırılarak H2SO4 miktarı 1 ml ye arttırıldığında mavi renk gözlemlendi. Sonuç olarak yosunlardaki iyot miktarının iyodimetrik yöntemle ölçülemeyecek kadar az miktarda olduğu tespit edildi İyodimetrik Analiz İyot Tayini Yağlardaki doymamışlık derecesinin ölçüsüdür. 100 g yağın bağlayabildiği gram cinsinden I 2 miktarıdır. Deneme için alınacak örnek miktarıdır. Deneme için alınacak örnek miktarının önemi vardır. Wijs ve Hanus yöntemiyle belirlenir. Wijs Yöntemi ile İyot Belirlenmesi Wijs Reaktifi: 19,0 g ICl + 700 ml HAcO + 300 ml CCl 4 karıştılır, üzerine 1-2 tane I 2 kristali atılır. Aynı çözelti ICl yerine 9,0 g ICl 3 kullanılarak da hazırlanabilir. Renki şişede saklanmalıdır. Alınan uygun miktardaki örnek üzerine 15 ml CCl 4 eklenerek çözülmesi sağlanır. 25 ml Wijs reaktifi eklenip kapaklı bir erlen veya şişede çalkalanarak karanlıkta 1 saat bekletilir. Üzerine 20 ml %10 luk KI çözeltisi 150 ml su katılır, nişasta eşliğine 0,1 N Na 2 S 2 O 3 titre edilir. Klor denemesi de yapılır. İyot Sayısı = (V kör V/ m ör )* 1,269 BEKLENEN İYOT SAYISI ALINACAK ÖRNEK MİKTARI 0-5 g 3,00g 5-20 g 1,00 g 21-50 g 0,60 g 51-100 g 0,30 g 101-150 g 0,20 g 151-200 g 0,15 g 8
Hanus Yöntemi ile İyot indisi Belirlenmesi Hanus Reaktifi: 10 g IBr + 500 ml buzlu HAcO ile yada 6,5 g I 2 + 10-15 ml HAcO + 4 g (1,3 ml) Br 2 karışımının çözünmesi sağlandıktan sonra HAcO ile 500 ml ye tamamlanması sağlanır. Yeterli örnek üzerine 10 ml CHCl 3 veya CCl 4 eklenerek çözünmesi sağlanır.üzerine 25 ml Hanus çözeltisi eklenip kapağı kapatılır ve çalkalanır. 1 saat karanlıkata bekletilir. 20 ml %10 luk KI çözeltisi eklenip oluşan I 2 nişasta indikatörü eşliğinde 0,1 N Na 2 S 2 O 3 ile titre edilir. Klor denemesi de yapılır. İyot Sayısı = (V kör- - V/ m ör )* 12.69 9
SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Yosunlarda iyot miktarını belirlemek için iyodimetrik yöntem kullanıldı. İlk olarak ortalama titrant hacmini bulmak için 10 ml KIO 3 çözeltisi alındı. Bu çözelti üzerine 0,4 gr KI, 2 ml H 2 SO 4, 2-3 damla nişasta çözeltisi eklenerek tiyosülfat çözeltisiyle titre edildi, tiyosülfattan 10 ml harcandı. Böylelikle iyodun indirgenmesi için gerekli olan ortalama titrant hacmi 10 ml olarak bulundu. Bu işlem yosunlardaki iyot miktarını tayin etmek için kullanıldı.aynı işlem 1 ml yosun alınarak üzerine 0,04 gr KI, 0,2 ml H 2 SO 4 ve 2-3 damla nişasta çözeltisi eklenerek titre edildiğinde açık sarı bir renk gözlemlendi. Tekrar aynı miktarlarda alınarak çözeltiye 0,2 ml KIO 3 eklendiğinde yine açık sarı bir renk gözlemlendi. Fakat ortamın asidikliği arttırılarak H 2 SO 4 miktarı 1 ml ye arttırıldığında mavi renk gözlemlendi. Sonuç olarak yosunlardaki iyot miktarının iyodimetrik yöntemle ölçülemeyecek kadar az miktarda olduğu tespit edildi. Kullanılan miktarlar aşağıdaki tabloda verilmiştir. Tablo 1. İyodimetrik yöntemde kullanılan kimyasallar ve ortaya çıkan sonuç Numune KI H2SO4 KIO3 Renk Değişimi 10 ml KIO3 0.4 gr 2 ml - Mavi 1 ml yosun 0,04 gr 0,2 ml - Açık sarı 1 ml yosun 0.04 gr 0.2 ml 0.2 ml Açık sarı 1ml yosun 0.04 gr 1 ml 1 ml Mavi Y.Lu nun makalesinde 3 ml %25 (w/w) tetrametilamonyumhidroksit çözeltiyle 50 mg numune tepkimeye sokulmuştur. Geri soğutucucuda 4 saat kaynatılıp, kaynayan çözelti 2000 c de 10 dakika santrifuj edilerek çözünmeyen maddelerden ayrılmıştır.bu deney birkaç defa tekrarlandı.bu çalışmada mavi renk oluşumu gözlenmiştir. 10
J. Natn ın çalışmasında, Jaffna Peninsula kıyı bölgelerinden farklı türlerden marine yosunu toplanmıştır.tüm örnekler analiz edildiğinde Gracilaria opuntia(1277ppm), Gracilaria crassa (889 ppm) ve Turbinaria ornata (810 ppm)yosunlarında yüksek miktarda iyot bulunmuştur. İyot miktarının analizinde alkolik potash (yosun külü) methodu incelenmiştir, belli miktarda numuneler %10 luk alkolik potashla geri soğutuldu (500 C ). Külden ekstraktlanan su, asitleştirildi, bromidle oksitlendi ve standart tiyosülfat çözeltisiyle titre edilmiştir.bu yosunlarda numulerin birçoğunda yüksek miktarda iyot olduğu belirlendi ve bu iyot da gıda katkı maddesi düşünülmüştür. Yapılan çalışmamızda titrasyon sonucunda elde edilen çözeltilerde fazla miktarda yağ açığa çıktı, bu yağ günümüzde yakıtlarda kullanılmaktadır ileride geniş kullanım alanları olacağı düşünülerek başka projeler geliştirilebilir. 11
KAYNAKLAR [1] http://tr.wikipedia.org/wiki/su_yosunlar%c4%b1, 10 Temmuz 2010 [2] http://tr.wikipedia.org/wiki/%c4%b0yot, 10 Temmuz 2010 [3] http://www.postakusu.com/kimya/8169-7a-grubu-elementleri.html, 10 Temmuz 2010 [4] http://www.kadinlarkulubu.com/guncel-diyet-haberleri/181355-dogal-yag-yakicilar.html, 10 Temmuz 2010 [5] Ozturk B, Ozturk AA On the biology of Turkish straits system. Journal Bulletin de I'Institut Oceanographique, Spec. Issue 17, 205-221,1996 [6] Özsoy E, Latif MA, Beşiktepe T, Çetin N The Bosphorus Strait: Exchange fluxes, currents and sea-level changes. In: Ivanov LJ, Oguz T (eds.) Ecosystem Modelling as a Management Tool for the Black Sea Kluwer Academic Publishers, Netherland, 2, 1-27,1998 [7] Çanakkale Boğazında Klorofil a ve Çözünmüş Mineral Besin Elementi Miktarlarının Analizi Ekoloji 14,57,1-6 2005 [8] Y.Lu et al,environ.chem.2006,3,338-344 [9] R.Magesvaran and S.Sivasubramaniam Preliminary Studies on the lodine content of some Marine Algae from Coastal Areas of Jaffna Penninsula J. Natn. Sci 12(2),173-178,1984. 12
KATKIDA BULUNANLAR Koordinatörümüz Prof. Dr. Mehmet AY, Danışmanlarımız Sn. Doç. Dr. Ayhan ÇELİK, Sn. Prof. Dr. Fitnat KÖSEOĞLU ve Sn. Prof. Dr. Erol PEHLİVAN, Teknisyenimiz Gülden PINAR, Koordinatörümüz Prof. Dr. Mehmet AY, Tüm çalıştay ekibi, TÜSSİDE çalışanlarıdır. 13
ÇALIŞMA TAKVİMİ 09:30-10:30 Numune Alımı 10:30-11:00 Numunenin Öğütülmesi 11:00-12:00 Numunenin Kurutulması 14:00-15:00 Yosunda İyot Tayini 08.07.2010 09.07.2010 Deneyin Tekrar Edilmesi 14
MALZEME LİSTESİ No Malzeme Adı Miktarı Birim 1 Beher glass 500 ml 1 2 Baget 1 3 Spatula 2 4 Pens 1 5 Büret 1 6 Titrasyon düzeneği 1 7 Damlalık 5 8 Numune öğütme için öğütücü 1 9 Tiyasülfat çözeltisi 100 ml 10 Nişasta çözeltisi 100ml 11 Distile su 250 ml 15
KISA ÖZGEÇMİŞ Betül ULU 2008 de Edremit Yabancı Dil Ağırlıklı Lisesi ni bitirdi.şu an Süleyman Demirel Üniversitesi nde Kimya Bölümü nde 3.cü sınıfta öğrenim görmektedir. Gökhan PARLAKGÜMÜŞ Özel Başkent YDA Lisesini 2005 de bitirdi. Üniversite olarak Niğde Üniversitesi Fen- Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünden 2010 yılında mezun oldu. Üniversite yaz stajını Tubitak Ankara Test Analiz Laboratuarında (ATAL) yaptı. HPLC cihazı üzerinde besin maddelerinde (incir,kayısı vb) mikrotoksinlerin aranması ve mısır gevreklerinde kakao ve benzeri besinlerde B3 vitamini aranması üzerine sunumlarla uygulamalı çalışmalar yaptı.kromatografi üzerinde de genel bilgi sahibi oldu,ayrıca Kalsit Fabrikasın da da gönüllü staj yaptı.kimyagerler derneğinin vermiş olduğu sorumlu müdürlük sertifikasına sahiptir. Rukiye TÜRKAY Lise Öğrenimini YDA Bursa Kız Lisesinde tamamladı. Üniversite olarak İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümünden bu sene mezun oldu. Ayrıca Anadolu Üniversitesi Açık Öğretim Fakültesinde İşletme öğrencisidir. Üniversite yaz stajını Yeşim Tekstil de yaptı. Tez çalışması Zinc Oxide Polyvinylchloride Composites Preparation and Characterization konusu üzerinedir. Ege-Kumamoto Üniversitesi bünyesinde ortak hazırlanan kongrede makalesi yayınlanmıştır. 16