TC. ANADOLU ÜN VERS TES YAYINI NO: 1945 AÇIKÖ RET M FAKÜLTES YAYINI NO: 1026 ANAL T K K MYA Yazarlar Prof.Dr. R dvan SAY (Ünite 1, 5) Doç.Dr. Ülkü Dilek UYSAL (Ünite 2) Yard.Doç.Dr. Mutlu fiah N (Ünite 3) Yard.Doç.Dr. Sibel Emir D LTEM Z (Ünite 4, 6) Doç.Dr. Adnan ÖZCAN (Ünite 7) Doç.Dr. Arzu ERSÖZ (Ünite 8) Yard.Doç.Dr. Ayça At l r ÖZCAN (Ünite 9, 10) Prof.Dr. Yücel fiah N (Ünite 11) Editör Prof.Dr. R dvan SAY ANADOLU ÜN VERS TES
Bu kitab n bas m, yay m ve sat fl haklar Anadolu Üniversitesine aittir. Uzaktan Ö retim tekni ine uygun olarak haz rlanan bu kitab n bütün haklar sakl d r. lgili kurulufltan izin almadan kitab n tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kay t veya baflka flekillerde ço alt lamaz, bas lamaz ve da t lamaz. Copyright 2009 by Anadolu University All rights reserved No part of this book may be reproduced or stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means mechanical, electronic, photocopy, magnetic, tape or otherwise, without permission in writing from the University. UZAKTAN Ö RET M TASARIM B R M Genel Koordinatör Prof.Dr. Levend K l ç Genel Koordinatör Yard mc s Doç.Dr. Müjgan Bozkaya Ö retim Tasar mc s Yard.Doç.Dr. Hasan Çal flkan Grafik Tasar m Yönetmenleri Prof. Tevfik Fikret Uçar Ö r.gör. Cemalettin Y ld z Ö r.gör. Nilgün Salur Ölçme De erlendirme Sorumlusu Ö r.gör. lker Usta Kitap Koordinasyon Birimi Yard.Doç.Dr. Feyyaz Bodur Uzm. Nermin Özgür Kapak Düzeni Prof. Tevfik Fikret Uçar Dizgi Aç kö retim Fakültesi Dizgi Ekibi Analitik Kimya ISBN 978-975-06-0633-5 1. Bask Bu kitap ANADOLU ÜN VERS TES Web-Ofset Tesislerinde 350 adet bas lm flt r. ESK fieh R, Eylül 2009
çindekiler iii çindekiler Önsöz... ix Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler... 2 G R fi... 3 ANAL T K K MYADA TEMEL KAVRAMLAR VE YÖNTEMLER... 3 PROBLEMLER N ÇÖZÜMÜNE ANAL T K YAKLAfiIM VE B R ANAL ZDE TEMEL filemler:... 5 ANAL ZLERDE B L MSEL FADE: SAYILAR VE B R MLER... 8 DER fi M B R MLER, DÖNÜfiTÜRÜLMELER VE ÇÖZELT HAZIRLAMA filemler... 11 Özet... 15 Kendimizi S nayal m... 16 Yaflam n çinden... 17 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 18 S ra Sizde Yan t Anahtar... 18 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 19 Kimyasal Analizin Dili: Analitik Verilerde statistiksel De erlendirme... 20 G R fi... 21 ÖNEML KAVRAMLAR... 21 Ortalama ve Ortanca... 21 Do ruluk... 22 Mutlak Hata... 22 Ba l Hata... 22 Kesinlik... 23 K MYASAL ANAL ZDE HATA ÇEfi TLER... 24 Büyük (Kaba) Hata... 24 Sistematik (Belirli) Hata... 24 Belirsiz (Rastgele) Hata... 25 Örneklem ve Popülasyon... 26 Hesaplanan Sonuçlar n Standart Sapmas... 29 GÜVEN ARALIKLARI... 29 σ De eri, σ De erine Yak n Oldu unda veya σ Biliniyorsa Güven Aral... 29 σ De eri Bilinmedi inde Güven Aral... 30 STAT ST K TESTLERLE K BÜYÜKLÜ ÜN KARfiILAfiTIRILMASI... 31 Popülasyon (Gerçek) Ortalamas (µ) ile Örneklem (Deneysel) Ortalaman n ( χ ) Karfl laflt r lmas... 31 ki Örneklem (Deneysel) Ortalamas n n Karfl laflt r lmas (t testi)... 32 Ölçümlerin Kesinliklerinin Karfl laflt r lmas (F testi)... 32 BÜYÜK HATALARIN BEL RLENMES (Q Testi)... 33 ANAL T K YÖNTEM SEÇ M... 33 ANAL T K YÖNTEM GEL fit RME VE VAL DASYON... 34 Do ruluk... 34 Kesinlik... 34 Seçicilik... 35 1. ÜN TE 2. ÜN TE
iv çindekiler Gözlenebilme (Teflhis) S n r... 35 Tayin S n r... 36 Do rusall k ve Aral k... 36 Sa laml k, Kararl l k... 36 Tutarl l k... 36 KAL BRASYON... 36 Tek Noktal veya Çok Noktal Standardizasyon (Kalibrasyon Grafi i) Yöntemi... 37 Standart Ekleme Yöntemi... 38 ç Standart Ekleme Yöntemi... 38 KEMOMETR... 39 Özet... 40 Kendimizi S nayal m... 41 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 42 S ra Sizde Yan t Anahtar... 43 Yararlan lan Kaynaklar... 43 3. ÜN TE 4. ÜN TE Sulu Çözeltilerin Özellikleri ve Kimyasal Denge... 44 SULU ÇÖZELT S STEMLER... 45 AS TLER VE BAZLAR... 45 Konjuge Asitler ve Bazlar... 46 Amfiprotik Maddeler... 47 Asit ve Baz Kuvvetleri... 48 K MYASAL DENGE... 48 Suyun yonlaflmas ve yon Çarp m Sabiti... 51 Zay f Asit ve Bazlar çin yonlaflma Sabiti fadeleri... 52 Zay f Asitlerde Hidronyum yonu Deriflimi... 53 Zay f Bazlarda Hidroksit yon Deriflimi... 55 ph ve poh Kavramlar... 55 Kuvvetli Asitler-Bazlarda ph ve poh... 56 ZAYIF AS TLER-BAZLARDA ph VE poh... 57 TAMPON ÇÖZELT LER... 58 Tampon Çözeltilerin Haz rlanmas... 60 Özet... 62 Kendimizi S nayal m... 65 Yaflam n çinden... 66 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 66 S ra Sizde Yan t Anahtar... 66 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 66 Analitik Kimyada Di er Denge Çeflitleri ve Tuz Etkisi... 68 ÇÖZÜNÜRLÜK DENGES ÇÖZÜNÜRLÜK ÇARPIMI FADES... 69 ÇÖZÜNÜRLÜ E ETK EDEN FAKTÖRLER... 71 Elektrolit Etkisi... 73 Aktiflik Katsay lar... 74 Debye-Hückel Eflitli i... 75 Aktiflik Katsay lar ve Denge Hesaplar... 77 KOMPLEKS OLUfiUM DENGES VE FADES... 78 YÜKSELTGENME- ND RGENME DENGES VE FADES... 80 Özet... 81
çindekiler v Kendimizi S nayal m... 82 Yaflam n çinden... 83 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 83 S ra Sizde Yan t Anahtar... 84 Yararlan lan Kaynaklar... 85 Karmafl k Sulu Sistemlerde Denklik Yaklafl m ve Diyagramlar... 86 G R fi... 87 Kütle Denkli i... 87 Yük Denkli i... 89 FARKLI SULU DENGE ORTAMLARINDA MATEMAT KSEL YAKLAfiIMLA TÜRLER N DENGE DER fi MLER N N BULUNMASI... 89 Zay f Asit ve Baz Tuzu çeren Sistemlerde Çözümleme... 90 Hem Asidik Hem de Bazik Grup çeren Aminoasitlerin Sulu Çözeltilerindeki Denge Deriflimlerinin Belirlenmesi... 91 Karmafl k Tampon Sistemlerinde Matematiksel Yaklafl mla Türlerin Deriflimlerinin Hesaplanmas... 92 ph n ve Poliprotik Asit Tuzlar n n Çözünürlü e Etkisine liflkin Çözümleme... 93 Metal Hidroksitlerin Çözünürlü ünün Karmafl k Sistemlerde Çözümlenmesi... 94 Yar flmal Çöktürme ve Ay rmaya Dayanan Çözümler... 95 Çözeltilerdeki Olas Kompleks Oluflumunda Matematiksel Çözümlemeler... 96 GRAF KSEL YAKLAfiIMA DAYANAN ÇÖZÜMLEMELER... 97 Da l m Diyagram... 98 Logaritmik Deriflim Diyagram... 99 Özet... 104 Kendimizi S nayal m... 105 Yaflam n çinden... 107 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 108 S ra Sizde Yan t Anahtar... 107 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 108 Gravimetrik Analiz Yöntemleri ve Uygulamalara Örnekler... 110 G R fi... 111 GRAV METR K ANAL Z YÖNTEMLER... 111 ANAL T K ÇÖKTÜRME KOfiULLARI... 112 Kolloidal Çökelekler... 113 Koagulasyon (P ht laflma)... 113 Peptitleflme... 114 Olgunlaflt rma... 115 Kristal Çökelekler... 115 Homojen Çöktürme... 115 ÇÖKELEKLERDEK SAFSIZLIKLAR... 116 Yüzey Adsorpsiyonu... 116 Kar fl k Kristal Oluflumu... 116 Hapsetme ve Mekanik Sürüklenme... 117 5. ÜN TE 6. ÜN TE
vi çindekiler Çökeleklerin Süzülmesi, Kurutulmas ve Yak lmas... 117 UÇUCULAfiTIRMA GRAV METR S (TERMOGRAV METR )... 118 GRAV METR K ANAL Z UYGULAMALARI... 118 Anorganik Analizler... 118 Organik Analizler... 120 GRAV METR K HESAPLAMALAR... 121 GRAV METR K ANAL Z N DE ERLEND R LMES... 124 fllem Boyutu... 124 Do ruluk... 124 Kesinlik... 124 Duyarl k... 124 Seçicilik... 125 Zaman, Fiyat ve Cihaz... 125 Özet... 126 Kendimizi S nayal m... 127 Yaflam n çinden... 128 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 129 S ra Sizde Yan t Anahtar... 129 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 130 7. ÜN TE 8. ÜN TE Titrimetrik Yöntemlere Girifl ve Nötralleflme Titrasyonlar n n Uygulamalar... 132 TEMEL KAVRAMLAR... 133 BEL RTEÇLER ( ND KATÖRLER)... 135 Asit-Baz Belirteçleri... 136 NÖTRALLEfiME T TRASYON filemler... 138 T TRASYON E R LER... 138 KUVVETL B R AS D N, KUVVETL B R BAZ LE T TRASYONU... 139 ZAYIF B R AS D N, KUVVETL B R BAZ LE T TRASYONU... 143 Özet... 148 Kendimizi S nayal m... 149 Yaflam n çinden... 150 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 150 S ra Sizde Yan t Anahtar... 150 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 153 Poliprotik Asit Sistemleri ve Nötralleflme Titrasyonlar n n Uygulamalar... 154 GENEL B LG... 155 POL PROT K TAMPON S STEMLER... 155 POL PROT K S STEMLERDE T TRASYON E R LER... 156 SUSUZ ORTAMDA GERÇEKLEfiEN NÖTRALLEfiME T TRASYONLARI... 163 NÖTRALLEfiME T TRASYONLARININ UYGULAMALARI... 163 Kantitatif Uygulamalar... 163 Anorganik Analizler... 163 Organik Analizler... 164 Kantitatif Hesaplamalar... 164 Kalitatif Uygulamalar... 165 NÖTRALLEfiME T TRASYONLARININ AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI... 165
çindekiler vii Özet... 167 Kendimizi S nayal m... 168 Yaflam n çinden... 169 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 169 S ra Sizde Yan t Anahtar... 170 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 170 Çöktürme Titrasyonlar... 172 G R fi... 173 ÇÖKTÜRME T TRASYON E R LER... 173 Çöktürme Titrasyonlar nda Dönüm Noktas n n Belirlenmesi: Belirteçler... 178 Demir (III) yonu... 178 Kromat yonu... 179 Adsorpsiyon Belirteçleri... 180 ÇÖKTÜRME T TRASYONLARININ UYGULAMA ALANLARI... 180 Özet... 183 Kendimizi S nayal m... 184 Yaflam n çinden... 185 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 186 S ra Sizde Yan t Anahtar... 186 Yararlan lan Kaynaklar... 186 Komleks Oluflum Titrasyonlar... 188 KOMPLEKS OLUfiUM TEPK MELER... 189 ET LEND AM NTETRAASET K AS T (EDTA) VE METAL KOMLEKSLER.. 190 Durum Oluflum Sabitleri... 194 EDTA T TRASYON E R LER... 195 Kompleksometrik Titrasyon E rilerine Etki Eden Etmenler... 197 EDTA Titrasyonlar nda Dönüm Noktas n n Belirlenmesi: Belirteçler... 199 EDTA T TRASYONLARININ VE KOMPLEKSLER N UYGULAMA ALANLARI... 202 EDTA ile Titrasyon Yöntemleri... 203 Do rudan Titrasyon... 203 Geri Titrasyon... 204 Yerde ifltirme Titrasyonu... 204 Komplekslerin Farkl Uygulama Alanlar... 205 Özet... 206 Kendimizi S nayal m... 207 Yaflam n çinden... 208 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 208 S ra Sizde Yan t Anahtar... 209 Yararlan lan Kaynaklar... 209 Elektroanalitik Kimyada Temel Kavramlar ve Uygulamalar... 210 ELEKTROK MYASAL ÖLÇÜMLER N TEMEL ÖZELL KLER... 211 ndirgenme-yükseltgenme Tepkimeleri... 213 Katot Davran fl... 213 9. ÜN TE 10. ÜN TE 11. ÜN TE
viii çindekiler Anot Davran fl... 214 Elektroliz Hücresi... 214 Galvani Hücresi (Pili)... 216 Yar Hücre Gerilimi... 219 Hücre Gerilimlerinin Hesaplanmas... 220 Deriflim Hücreleri... 221 ndirgenme-yükseltgenme Titrasyonlar... 221 Titrasyon e risi... 222 Kar fl mlar n Titrasyonu... 224 ANAL T K AMAÇLI ELEKTROK MYASAL YÖNTEMLER... 224 Potansiyometrik Yöntemler... 224 Potansiyometrik Titrasyon... 229 VOLTAMETR K YÖNTEMLER... 230 Do rusal (Lineer) Voltametri... 231 Dönüflümlü Voltametri... 232 Polarografik Yöntemler... 233 Amperometrik Yöntem... 233 Özet... 234 Kendimizi S nayal m... 236 Yaflam n çinden... 237 Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar... 237 S ra Sizde Yan t Anahtar... 238 Yararlan lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar... 238 Sözlük... 239 Dizin..... 245
Önsöz ix Önsöz Analitik Kimya, temel bilimler yan nda yaflam bilimleri ve teknolojileriyle ilgili problemlerin çözümünde kullan labilecek analitik yaklafl m için gerekli temel bilgi ve yöntemler ile bunlar n mevcut ve yeni teknolojilerle uygulamalar n içeren bir bilim dal olmas nedeniyle kimya ve ilgili oldu u uygulamal alanlardaki önlisans ve lisans programlar n n olmazsa olmaz bir dersi olmufltur. Bu kitap, herbiri Amaçlar m z k sm nda verilen ve ünite sonlar nda ö rencinin ulaflmas hedeflenen düzeyi ortaya koyucu flekilde tasarlanan onbir üniteden oluflmaktad r. 1. ve 2. Ünitede analitik yaklafl m n ne oldu u ile kimyasal analizlerde kullan lacak dil ve yöntem vurgulan rken, 3. ve 4. Ünitede analizlerde ön haz rl k için gerekli temel kavram ve ifllemler üzerinde durulmufl, 5. Ünitede ise bir Analitik Kimya kitab nda ilk kez denklik ve grafiksel yaklafl m tabanl uygulamalar birarada sunulmufltur. 6 11. Ünitelerde ise klasik analitik süreçler ve uygulamalar ayr nt l olarak verilmifl olup 11. Ünitenin sonlar nda elektro-analitik yöntemler vurgulanm flt r. Bu kitapta, kendi kendine ö renme ilkesini hayata geçirmek için birtak m araçlar kullan lm flt r. Bu amaçla ünitelere örnek olay ve yaflam n içinden gibi k s mlar serpifltirilerek ö renilecek bilgi ve yöntemlerin güncel yaflamla ilgisi canl tutulmaya çal fl lm fl, ayr ca çözümlü örnek ve s ra sizde sorular yla ö renmede dikkat üst düzeyde tutularak bilgilerin kal c l n n sa lanmas da hedeflenmifltir. Ö rencinin ilk kez karfl laflmas olas kavramlara kolayca ulaflabilirli in sa lanmas için yan sütunlar bu kavramlardan oluflan yana ç kmalarla bezenmifltir. Ayr ca herhangi bir ünitede karfl lafl labilecek ve bellekte tutulamam fl kavramlara kolayca ulaflabilmek için de sözlük k sm oluflturulmufltur. Ünitelerin sonlar nda, bafl k s mlar nda verilen amaçlar yoklay c ve incelikli bir özet ile cevapl test de sunulmufl olup ünitelerde yaflanan sayfa k s tlamas n aflmak ve konular n zenginlefltirilmesi ile ö rencinin dikkatini toplayarak araflt rmas n sa lamak için uygun yerlere çeflitli kitap ve internet kaynaklar ile dikkat ikonlar konulmufltur. Kitaba özgü görsel materyallerle bilgilerin somutlaflt r lmas na ve yeni bilgilerin ö renilmesine zemin haz rlanm flt r. Di er taraftan görsel yetersizlik ve sayfa k s tlamas nedeniyle oluflabilecek ö renme eksikli i e-ö renme araçlar kullan larak afl lacakt r. Bu kitab n çok k sa sürede yaz larak bas ma haz rlanmas, konusunda uzman meslektafllar m n tak m ruhu tafl yan gayretleriyle olmufltur. Bu çabalar n karfl l olarak onlara öncelikli teflekkürü bir borç bilirim. Bu çabalar n zemin bularak hayata geçirilmesi noktas nda gerekli tüm koflullar ve altyap y sa layan Rektörümüz Say n Prof. Dr. Fevzi Sürmeli baflta olmak üzere A.Ö.F. Dekan Prof. Dr. Ayd n Ziya Özgür e, Genel Koordinatör Prof. Dr. Levent K l ç a, Koordinatör Prof. Dr. Mustafa fienyel ve Prof. Dr. Hayrettin Türk e, Ö retim Tasar mc s Hasan Çal flkan ve Yard mc s Bülent Batmaz a ve kitab n daha hatas z üretimi için çaba gösteren Arafl. Gör. Ali Özcan ile ad n anamad m tüm eme i geçenlere teflekkür ederim. Bu kitab n kullan c lar olan siz ö rencilerin de emeklerinizin karfl l n bulaca n ümit ediyor, sevgi ve sayg lar m sunuyorum. Editör Prof.Dr. R dvan SAY
ANAL T K K MYA 1 Amaçlar m z Bu üniteyi tamamlad ktan sonra; Analitik kimyan n ne tür analizlerle ilgilendi ini ve aralar ndaki temel farkl - l klar tan mlayabilecek, Bir analizde temel ifllemlerin neler oldu unu, nas l bir s ra takip edilmesi ve farkl durumlarda nas l hareket edilmesi, gerekti ini aç klayabilecek, Analitik kimyac n n nicel analizde buldu u sonucu ne tür bilimsel ifadeler kullanarak ve nas l vermesi gerekti ini yorumlayabilecek, Deriflim birimleri ve birbirlerine dönüfltürme mekanizmalar ile çözelti haz rlama sürecinde nas l bir yol izlenmesi gerekti ini farkl durumlara uygulayabileceksiniz. Anahtar Kavramlar Analitik Kimya Analizde Temel fllemler Anlaml Say lar Çözelti Haz rlama Analiz Bilimsel fade Birimlerin Dönüfltürülmesi Deriflim Birimleri çerik Haritas Analitik Kimya Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler ANAL T K K MYADA TEMEL KAVRAMLAR VE YÖNTEMLER PROBLEMLER N ÇÖZÜMÜNE ANAL T K YAKLAfiIM VE B R ANAL ZDE TEMEL filemler ANAL ZLERDE B L MSEL FADE: SAYILAR VE B R MLER DER fi M B R MLER, DÖNÜfiTÜRÜLMELER VE ÇÖZELT HAZIRLAMA filemler
Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler G R fi Bu üniteyi, daha sonra karfl laflaca n z kavramlar ve süreçleri daha iyi ö renmek için afla daki yaflanm fl olay dikkatlice okuman z faydal olacakt r. >>Londra da bir iflçi, Thames nehri üzerinde yüzen, bafl ve bacaklar kesik, ç plak siyahi bir genç cesedine rastlar. Polise göre bulgular cesedin ayinsel bir kurbana ait oldu una iflaret etmektedir. ki skoç dedektif, hiç zaman kaybetmeden cesedin kimli i ve orjinine yönelik araflt rmalara bafllar. Otopsi sonucu, cesedin midesinde bulunan polenlere ait izler, midede tamamen sindirilmemifl olduklar n ve yerel bölgeye ait olmad klar için kurban n ölmeden sadece k sa bir süre önce Londra da oldu unu göstermifltir. Dedektiflerden birisi Londra Üniversitesi nde bir profesörün toprakta bulunan stronsiyumun dünya genelinde da l m üzerine yo un çal flmalar oldu unu bilmektedir ve profesörün elinde bulunan dünya genelindeki stronsiyum deriflimi veri taban n n cesedin orijini konusunda kendilerine yard mc olabilece ini düsünmektedir. Dedektifler hemen profesör ile irtibat kurarak birlikte çal flmaya bafllarlar. Ekip çal flmas yla analitik kimya ile problem çözme kombinasyonu kullan larak sonuca ulafl l r ve cesedin orijininin Nijerya ya ait oldu u ortaya ç kar. ncelemelerini daha da derinlefltiren ekip, Nijeryal insanlar n kemik örneklerindeki stronsiyum deriflimini inceleyerek cesedin orijininin ülkedeki spesifik ve küçük bir bölgeye ait oldu u konusunda hemfikir olurlar. 1 << ANAL T K K MYADA TEMEL KAVRAMLAR VE YÖNTEMLER Yukar da yer alan olayda da görüldü ü gibi yaflam bilimlerinde karfl lafl lan ço u problemin çözümünde kimyasal de iflkenin ne oldu u ve miktar n n belirlenmesi en önemli unsurlar olarak göze çarpar. Bu unsurlarla adli t p ile ilgili bir olayda karfl laflabildi imiz gibi Mars ta yaflam n varl na iliflkin uç araflt rmalardan, hastal klar n teflhis ve tedavisi, üretimde kalite-kontrol süreçleri, çevre kirlili inin belirlenmesi ve önlenmesine kadar uzanan yaflamsal öncelikli alanlarda da karfl laflmaktay z (fiekil 1.1).
4 Analitik Kimya fiekil 1.1 Analitik Kimya n n Gözü: Analiz fllevini ve Etkileflim Alanlar n Sembolize Eden ilk Tayin Sistemi; Göz Malzeme Bilimleri laç Teknolojileri Nanoteknoloji Biyoteknoloji Kriminoloji Toksikoloji T p Biyokimya Kalite Kontrol Maden Teknolojisi G da Analizleri Analitik Kimya: Fen ve yaflam bilimleri alanlar nda sonucu etkileyen kimyasal maddelerin tan mlanmas ve miktarlar n n belirlenmesi amac yla klasik veya ileri teknoloji yöntemlerini kullanma, gelifltirme ve ölçme bilimidir Nitel analiz: Bir numunedeki bileflenlerin (element veya bileflik) neler oldu unu ortaya koyma ifllemidir. Nicel analiz: Bir numunedeki her bir bileflenin miktar n belirleme ifllemidir. Analit: Bir numunedeki tayin edilecek bileflenleri ifade eder. Deriflim: Baflka bir maddenin hacmi ve kütlesine ba l olarak verilen analit miktar d r. flte yaflamda karfl laflt m z benzeri problemlerin çözümünü sa lamak için, bilimdeki geliflme ve yeni teknolojilere paralel olarak gelifltirilecek yöntemlerin de uygulanmas yoluyla problemin çözümünde anahtar rol oynayan, kimyasal sistemlerin ve türlerin neler oldu unun ve bulunduklar ortamdaki miktarlar n n belirlenmesi ifli, Analitik Kimyan n ve bu ifli yapacak olan Analitik Kimyac n n ilgi alan na girer. Öyleyse bir analitik kimyac n n nitel (kalitatif) analiz ve nicel (kantitatif) analiz olmak üzere iki temel ifli vard r. Nitel analiz, numune nas l bir madde; bileflik mi kar fl m m, bu numunede hangi maddeler mevcut? gibi soru silsilesine, ay rma ifllemleri sonras nda klasik ve aletli yöntemleri kullanarak yan t arar. Nicel analiz ise giriflte anlat lan olayda görüldü ü gibi numunede (kemik) bulunan ve de iflken oldu u öngörülen analit (örnek durumda-stronsiyum) derifliminin belirlenmesi iflidir. Ayr ca bir analitik kimyac, bir bilefli in molekül yap s - n ve kristal yap s n ortaya koymak için de u rafl verir. Analitik kimya, sadece örne in bir içme suyu tesisindeki kalite-kontrol sürecinde veya sa l k kurulufllar ndaki kan ve idrar numunelerinde rutin olarak yap lan analizlerle ilgilenmez. Bunun yan nda standart yöntemin yeni tür numunelere de uygulanmas, yeni yöntemler gelifltirilmesi ve bu yöntemlerin standartlaflt r lmas ifllevini görür. Ayr ca yaflamsal süreçlerde bir analitin dönüflüm sürecini de inceleyerek çözüme katk da bulunur. Tüm bu süreçlerde görev üstlenen analitik kimyac lar, teknolojideki h zl geliflimle çat flmadan tam aksine sinerjik bir iliflkiyle yukar da say lan görevleri yerine getirirler. Örne in, maden cevheri numunesinde bulunan Ni +2 nin nicel tayini 19. yy n sonlar nda Fresenius taraf ndan ortaya konulan gravimetrik analiz yöntemiyle kabaca on bir ad mda gerçeklefltirilebilirken, 1905 y l nda dimetilglioksim reaktifinin keflfiyle nikelin seçimli çöktürülmesine dayanan dört ad ml yeni bir yöntem gelifltirilerek zaman ve maliyetten büyük kazanç sa lanm flt r. Devam nda 1970 lerde nikelin nicel analizi, alev atomik absorpsiyon spektrofotometrisiyle (FAAS) h zl bir standart metot olarak gelifltirilmifltir. Günümüzde ise maden cevherlerinde sadece nikel de il yan nda bulunan ço u elementin nicel analizi de bir kalemde indüktif eflleflmeli optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) ile yap labilmektedir.
1. Ünite - Analitik Kimyada Temel SIRA Kavramlar S ZDE ve fllemler Örneklerden de görülece i üzere nicel analiz uygulanan yöntemler yönünden klasik ve aletli (enstrümental) olmak üzere ikiye ayr l r. Klasik yöntemler kütle veya hacim özelliklerinin ölçümüne dayanan yöntemler olup, gravimetrik ve volumetrik yöntemler olarak SORU s n fland r l r. 5 Gravimetrik analiz: Analit veya bilinen saf bir türünün kütlesinin analitik teraziyle ölçümüne dayanan analiz yöntemidir SORU Bu kitab n 6. ve 7 ünitelerinde gravimetri ve volumetri konular nda daha genifl bilgi sahibi olabilirsiniz!!!! Volumetrik yöntemler: Analit ile reaksiyona giren Aletli yöntemler ise fl n absorpsiyonu, emisyonu, saç lmas gibi özelliklerinin ve deriflimi tam olarak bilinen bir çözeltinin hacim analit deriflimiyle de iflimine veya magnetik, elektrik ve radyoaktiflik de ifliminin AMAÇLARIMIZ ölçümüne dayan r. incelenmesine dayanan, ileri teknoloji cihazlar n kullan ld pahal ancak h zl ve AMAÇLARIMIZ Spektroskopik yöntemler: do ru analiz imkan sunan yöntemlerdir. Analitin fl absorplamas, emisyonu, saçmas, Nikel tayinini anlatan yukar daki örneklerde ilk iki yöntem, K gravimetri T A P gibi klasik bir yöntemle yap lm flken, atomik absorpsiyon ve ICP-OES manyetik ve elektrik K T A P SIRA yöntemleri S ZDE aletli vektöründeki de iflimine dayanan aletli ölçüm yöntemlerdir. Bunlar ayn zamanda spektroskopik yöntemlerdir. Bu aletli yöntemlerle sadece nicel de il nitel analiz de yap lmaktad r. Bunun TELEV ZYON yan nda bir analitik Kromatografik TELEV ZYON yöntemleridir. yöntemler: Analit kar fl m n n bir sabit kimyac kimyasal reaksiyonlarda oluflan renk oluflumu yan nda, çökelek oluflumu, faz üzerinden uygun bir analitin bek alevinde verdi i renk veya organik maddelerin ispat reaksiyonlar gibi klasik yöntemleri kullanarak da nitel analiz yapabilmelidir. tayinine olanak sa larlar. çözücüyle ayr lmas na ve SORU farkl analitlerin SORU ayn anda NTERNET NTERNET Özellikle son y llarda gelifltirilen spektroskopik, kromatografik ve elektroanalitik yöntemler ya da bunlar n birlefltirilmifl yöntemleri sayesinde analitik Elektroanalitik yöntemler: Analitin ak m, gerilim, iletkenlik gibi kimya; biyoloji, kimya ve fizik tabanl temel araflt rmalardan, ilaç, g da, zirai, maden ve malzeme teknolojilerine dayanan ürün gelifltirilmesi ve SIRA kalite S ZDE kontrollerine, özelliklerindeki de iflimin incelendi i yöntemlerdir. çevresel kirlili in izlenmesi ve önlenmesinden, do ru, h zl tayin ve teflhis teknolojilerine, t bbi ve klinik çal flmalardan, adli t bba kadar uzanan AMAÇLARIMIZ birçok önemli alanlarla iflbirli i içindedir. (fiekil 1.1) AMAÇLARIMIZ Aletli yöntemler hakk nda daha genifl bilgi için Skoog-Holler- Nieman n K T A Entstrümental P Analiz kitab çevirisine ve Y ld z-genç-bektafl n Enstrümental Analiz Yöntemleri kitaplar na bak n z TELEV ZYON Girifl bölümünde anlat lan olayda ad geçen analit nedir ve ne tür bir SIRA analizle S ZDEsonuca gidilmifltir? NTERNET PROBLEMLER N ÇÖZÜMÜNE ANAL T K YAKLAfiIM VE B R ANAL ZDE TEMEL filemler: K T A P TELEV ZYON NTERNET SORU SORU Dilerseniz Bir analitik kimyac kendinden istenen bir problemi nas l çözmelidir? sorusuna yan t aramaya çal flarak analitik yaklafl m n ne olmas gerekti ini ortaya koyal m. Bir analitik kimyac karfl laflt bir problemin çözümüne yönelik olarak afla - daki basamaklar kullanmal ve bunlar n do ruland n kontrol SIRA ederek S ZDE probleme en az ndan bir çözüm yolu üretmelidir. 1. Problemi ortaya koy ve olas de iflkenlerle iskeletini olufltur! AMAÇLARIMIZ 2. De iflkenlerle iliflkili olarak deneysel ad mlar olufltur! AMAÇLARIMIZ 3. Deney yap ve veri üret! K T A P 1 K T A P TELEV ZYON TELEV ZYON
6 Analitik Kimya ICP-OES: ndüktif eflleflmeli optik emisyon spektroskopisi aletli yöntemini tan mlar. FAAS: Alev atomik absorpsiyon spektroskopisi aletli yöntemini tan mlar. 4. Deneysel verileri analiz et ve de iflkenlerle iliflki kur! 5. Probleme bir çözüm öner! 6. Çözümün kalitesini ispatla! Bu yaklafl mdan yola ç k larak analizlerin yap lmas nda afla daki temel basamaklar s ras yla yap lmal d r. Yöntem Seçimi: Analizde en kritik basamakt r. Di er befl basamaktaki tüm ifllemler seçilen yöntemin do ru belirlenmesine ba l d r. Bir yöntem seçilirken sonucun ne kadar duyarl kla istendi inden, eldeki örnek miktar na, harcanacak zamandan maliyete kadar birtak m önemli parametrelerin net olarak ortaya konmufl olmas gerekir. Ayr ca elimizin alt nda hangi cihazlar n bulundu uyla da yak n iliflkisi vard r. Örne in bir maden cevherinde yap lacak nikel tayini için eldeki numune yeterli olabilece inden kabaca bir yaklafl mla gravimetri gibi klasik ve ucuz bir yöntem seçilebilir. Ancak ayn maden cevheri numunesinde tüm bileflenlerin de tayini istendi inde bu yöntem her yönden yetersiz kalabilecek oldu undan daha h zl, do ru ve duyarl bir yöntem olan ICP-OES gibi bir yöntem seçilmelidir. Ayr ca böyle bir yöntemle hem bileflenlerin nitel haritas hem de miktar ortaya konulabilecektir. E er elimizde bu ekipman yoksa klasik nitel analiz yöntemleriyle madendeki olabilecek elementlerin haritalamas yap larak bu numunede bulundu u saptanan bileflenlerin, örne in FAAS ile, nicel analizleri yap labilecektir. Di er taraftan bir maden oca nda nikel zehirlenmesinden flüpheleniliyorsa bunu ortaya koyabilmek için gerekli biyolojik numune örne in, bir kan numunesi miktarca az olabilece inden ve FAAS yönteminde fazla numune gereksinimi oldu- undan yeterli verimi sa lamayacakt r. Özetle yöntem seçimi; istenilen duyarl k, maliyet, zaman ve numune miktar ve bileflenlerinin çeflitlili i gibi önemli parametrelere ba l d r. Numune alma: Bu ifllem özellikle nicel analiz için çok önemlidir. Numunenin, al nd kayna son derece homojen ve tam olarak temsil etmesi nicel analizde üretilen sonucun kalitesi ve etik de erler aç s ndan son derece önemlidir. Örne in su kirlili inin izlenmesine yönelik olarak yap lan analizlerde, akarsu ve göl gibi sahalardan ya da kuyulardan numune al n rken al nan numunenin o su kütlesini temsil etmesi son derece önemlidir. Bir akarsuyun k y s ndan al nan numunelerle debisinin fazla oldu u yerden al nan su numunelerinin kirlili in belirlenmesi aç - s ndan ayn olmayaca öngörülebilir ya da fabrikalar n at k tesislerinin yak n nda olan su kenarlar nda su kirlili ine neden olan bileflenlerin de erleri çok farkl olabilecektir. Ayr ca mevsimsel farkl laflmalar bile su numunesi almay zorlaflt ran unsurlard r. Bu nedenle numune al rken son derece itinal olunmal ve numuneye göre farkl yöntemler uygulanmal d r. Di er taraftan adli kimya araflt rmalar nda numune alma ifllemi çok farkl olmak durumundad r. Kan tlar al n rken gözetim zinciri ad verilen ve iki kifliden oluflan bir zincir oluflturulmal d r. E er herhangi bir durumda bu gözetim zinciri k r l rsa kan t mahkeme flahitli inden ç kar l r. Nitekim Amerika da popüler hale gelen O. J. Simpson olay nda en önemli delil olan kan numunesinin, gözetim zincirinde al nmad saptand ndan kan t olmaktan ç kar lm flt r. Numune haz rlama: Homojen olarak al nan numunelerin laboratuvar ortam nda haz rlanmas son derece basit fiziksel yöntemlerle sa lanabilir. Örne in, homojen olarak al nan bir maden cevheri k r larak tanecik boyutlar küçültülür ve homojen boyuta getirildikten sonra kurutularak ölçüme haz rlan r. Su numunelerinde ph ve benzeri ölçümler yerinde yap lmas gerekirken numuneler uygun kaplara analitin özelli ine uygun koflullarda al nmal d r. Örne in, su numunelerinde baz metal analizleri yap lacaksa numune asitlendirilerek ölçüme haz rlanmal d r.
1. Ünite - Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler Ayr ca kat numuneler, kütleleri analitik terazi ile ölçülerek s v numuneler ise hacimleri dikkatlice ölçülerek ayn numuneden tekrar numuneleri olarak al nmal ve birbirinden ba ms z veriler toplanarak kaliteli sonuçlar n üretimi sa lanmal d r. Analize geçmeden önce numuneler uygun bir çözücü içerisinde, analit kayb - na yol açmadan çözelti fleklinde haz rlanmal d r. Bozucu Etkilerin Giderimi: Haz rlanan numunelerde pozitif ya da negatif hatalara yol açabilecek bileflenlerle s kl kla karfl lafl l r. Bu bozucu etkileri ortadan kald rmak için birtak m önlemler al nmal d r. Bu önlemler numunenin türüne ve yap lacak analize göre de iflir. Örne in, hastal k teflhisinde en çok kullan lan numuneler kan numuneleridir. Paratiroit hastal k teflhisinin yap lmas için iyonize kalsiyum tayini ve bozucu etkilerin giderimi için kanda büyük miktarlarda bulunan proteinlerin çöktürülmesi gereklidir. Ayr ca günümüzde yayg n olarak yap lan proteomik çal flmalar nda ve özellikle önemli hastal klar n teflhisi amaçl toplanan biyolojik numunelerde, analiz ifllemine kan proteinlerinin bir dizi ay rma ve kromatogafi ifllemlerinden sonra geçilmelidir. Yine su numunelerinde asitlendirme yap larak mikrobiyal faaliyetlerden kaynaklanabilecek bozucu etkilerden kurtulmak mümkündür. Bozucu etkilerden kurtulmak için kullan lan aletli yönteme göre de farkl yollar kullan labilir. Örne in AAS ile yap lan deniz suyu analizlerinde; numunelerdeki tuz etkisinin önlenmesi için amonyum nitrat kullan m, arsenik, selenyum, antimon tayinlerinde ise ölçüm s ras nda nikel nitrat kullan m yla veya hidrür oluflumuyla bozucu etkilerden kurtulmak söz konusu olabilir. Bir numune, farkl yükseltgenme basamaklar nda (Se 2-, Se 4+, Se 6+ ) veya farkl kimyasal yap larda (tetra etil kurflun, tetra metil kurflun, Pb 2+ ) bulunabilen, birden fazla türe sahip analit içeriyorsa, bu analitin tek bir türdeki kimyasal yap ya dönüfltürülmesiyle toplam miktar n uygun bir yöntemle sa lamak mümkündür. Di er taraftan uçucu olanlar gaz kromatografi tekni iyle, uçucu olmayanlar ise s v kromatografi tekni iyle ay rarak birbirlerinin bozucu etkilerinden kurtulmak ve tüm türlerin ayr ayr miktar tayinini yapmak mümkündür (Türlendirme). Özetle, numune matriksine ve seçilen yönteme ba l olarak bozucu etkilerden kurtulma planlar ve yöntemleri oluflturulmal d r. 7 Tekrar numuneleri: Ayn koflullarda ve ayn analitik yöntemin uyguland birbirine yak n miktarlardaki madde k s mlar d r. Bozucu etkiler: Pozitif ya da negatif hata üreterek hatal veri sa lanmas na neden olan etkiler ve bileflenlerdir. AAS: Atomik Absorpsiyon spektroskopisi aletli yöntemi tan mlar. Türlendirme: Numunede farkl kimyasal formlarda bulunan analitin tüm türlerinin ayr ayr miktar tayinidir Matriks: Tayin edilecek analiti de içeren numuneyi oluflturan bileflenlerin bütünüdür. 2008 y l nda zmir içme suyunda arsenik (As) miktar n n olmas gerekenden daha fazla oldu u konusunda bir tak m tart flmalar yaflanm flt. Arsenik, özellikle yer alt kaynakl sularda ve bitki öldürücülerde farkl biçimlerde bulunan bir kimyasald r. Yer alt sular nda, As 3+ ve As 5+ gibi türlerinin yan nda metil arsenoik asit gibi organik türleri de bulunabilmektedir. Bu türlerin yer ald düflünülen bir kapl ca suyunda arsenik analizi yapt n z düflünelim. Bozucu etkilerden kurtulmak için ne yapars n z? SORU 2 SORU Kalibrasyon ve Deriflim Ölçme: Öncelikle cihaz ve ekipman n kalibrasyonu SIRA Kalibrasyon: Bir sa lanmal ve bu durum tüm analiz boyunca sürdürülebilir olmal d r. S ZDE SIRA kinci olarak numunedeki analit S ZDE deriflimi do ru ve tam olarak bilinen ve taze olan standart çözeltiler haz rlanmal d r. Son olarak analit deriflimiyle do ru orant l olarak de iflen SIRA bir S ZDE fiziksel büyük- ölçümle, miktar SIRA bilinen S ZDE kütlesine, hacmine veya deriflimine iliflkin al nan lü ün de iflimi cihazda elde edilerek deriflime karfl -fiziksel büyüklü ün sergilendi i bir kalibrasyon do rusu oluflturulur ve numune matriksi içinde bulunan ana- analitten elde edilen ölçümün karfl laflt r lmas d r SORU lit miktar na geçifl yap l r. AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ SORU Kalibrasyon ve deriflim ölçme 2. Ünite de ayr nt l incelencektir. K T A P K T A P TELEV ZYON TELEV ZYON AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ
8 Analitik Kimya SIRA S ZDE SORU SORU Sonuçlar n Hesaplanmas ve Yöntemin Geçerli inin De erlendirilmesi: Kalibrasyon SIRA iflleminde S ZDE üretilen deneysel verilerden analit derifliminin hesaplanmas hesap makinesi veya bilgisayarlarla gerçeklefltirilir. Sonras nda seyrelme düzeltmesi gibi birtak m ifllemlerle verilerin dönüfltürülmesi ya da indirgenmesi sa lanarak, istatistik de erlendirilmesi yap lmal ve yöntemin geçerli i ortaya konulmal d r. Üretilen sonuçlar n istatistiksel de erlendirilmesi ve anlam yorumlanarak problemin çözümüne fl k tutulmal d r. SORU statiksel de erlendirmeler SORU 2. ünitede ayr nt l olarak incelenecektir. SIRA S ZDE Analizlerde SIRA temel S ZDE basamaklara iliflkin bilgilerinizi zevkli bir okuma parças eflli inde zenginlefltirmek için Skoog - Donald - Holler- Crowah in Analitik Kimya çevirisinde geçen geyik ölümü okuma parças na müracaat ediniz. AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ K T A P AMAÇLARIMIZ K T A P TELEV ZYON TELEV ZYON NTERNET NTERNET SI (Systeme International d Unites): Uluslararas Birimler Sistemi nin k saltmas olup yedi temel birimden yola ç k larak oluflturulan bir standart birim sistemidir. Mol: Herhangi bir kimyasal türün 6.022x 10 23 tane parçac na karfl l k gelen temel bir SI birimidir. Mol kütlesi: Bir kimyasal türün bir mol ünün gram olarak kütlesidir. ANAL ZLERDE B L MSEL FADE: SAYILAR VE B R MLER Gündelik yaflamda K T A Pveya bir analiz s ras nda yap lan ölçümlere iliflkin birçok say ve birim kullan r z. Gerek ölçümlerde geçen rakamsal dil gerekse birimlerin do ru kullan lmas K Tyap lan A P ölçümün do ru ve sa l kl bir flekilde sonuçland r ld kanaatini uyand r r. TELEV ZYON Di er taraftan farkl ifllerde farkl birimlerin kullan lmas al flkanl kla aç klanabilir. Örne in maden sahas nda ton ile ifade edilen tart mlar, bir marketteki TELEV ZYON ifllemlerde kilogram üzerinden bir kuyumcuda ise gram üzerinden ifade edilebilmektedir. NTERNET Ya da dünyan n birçok ülkesinde kendilerine özgü birimleri kullanarak gündelik ifllerini görmektedirler. Oysa bilimsel ve teknolojik çal flmalarda yap lan ölçümlerin tüm dünyaca kabul edilen bir sistem üzerinden ifade edilmesi kaç n lmazd r. Bu amaçla bilim adamlar 1875 y l ndan sonra Metrik Sistem NTERNET ad verilen bir sistemle bu birlikteli i sa lamaya çal flm fllar, ard ndan 1960 y l nda k sa ad SI olan Uluslararas Birimler Sistemi ad verilen, yedi temel birim ve bu birimlerden türetilen bir standart birim projesi oluflturmufllard r. SI Birimleri: Kütle, uzunluk, zaman, s cakl k, madde miktar, elektrik ak m ve ayd nlatma fliddeti fiziksel büyüklüklerinin temel al nd bu sistemde, bunlara karfl l k gelen birimler de s ras yla; kilogram (kg), metre (m), saniye (s), Kelvin (K), mol, amper (A), kandil (cd) olmak üzere yedi tanedir. fiimdiye kadar karfl laflt - m z di er birimler bu temel birimlerden türetilmifllerdir. Örne in, bir kimyasal reaksiyon süresince üretilen s n n miktar joule (J) olarak ölçülür ve 1 J = 1 m 2 kgs -2 olarak temel SI birimlerinden türetilmifltir. Örne in hacim ölçümlerinde s kl kla kulland m z litre (L), mililitre (ml), mikrolitre (µl) de uzunluk ölçü birimi olan metreden türetilmifl olup 1 litre tam 10-3 m 3 olarak tan mlanan bir SI birimidir. Di er taraftan kimyac lar n bafl birimi olan mol ise atom, molekül, iyon, elektron gibi herhangi bir kimyasal türün miktar n ifade eden bir temel SI birimidir ve herhangi bir maddenin mol kütlesi ( M ) ise bir mol ünün gram (g) olarak kütlesidir. Örne in stronsiyumun (Sr) mol kütlesi 87,62 gmol -1, hidroklorik asidin (HCl) mol kütlesi ise hidrojen (1.01 gmol -1 ) ve klor elementlerinin (35.45 gmol -1 ) birer mol kütlelerinin toplam na karfl l k gelen 36,46 gmol -1 dür.
1. Ünite - Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler 9 Kimyac lar için mol ve türevi olan birimler, özellikle reaksiyonlardaki bileflenlerin iliflkileri ile miktarlar n n hesaplanmas ve çözelti haz rlama ifllemlerinin yap - labilmesi için olmazsa olmaz ç k fl noktalar d r. Afla da birimlerin kullan ld hesaplamalara birkaç örnek verilmifltir. 50 µl çözelti a) kaç L dir? b) kaç ml dir? Çözüm için a) öncelikle problemi tan mlarsak, ikinci ad mda çözümü netlefltirebiliriz. 1 ad m:? L = 50 µl fiimdi L birimine ulafl ncaya kadar µl ifadesini, ikisi aras ndaki dönüflüm faktörünü kullanarak ortadan kald rmaya çal flal m. 2. ad m:? L = 50 µl x ( 1 L / 10 6 µl) = 5,0 x10-5 L b) 1. ad m:? ml = 5,0 x10-5 L 2 ad m:? ml = 5,0 x10-5 L x ( 1000 ml / 1 L ) = 5,0 x10-2 ml 1,00x10-2 mol HCl kaç gramd r? 1. ad m:? g HCl = 1,00 x10-2 mol HCl Mol ve mol kütlesi iliflkisinden birim dönüflümüyle g HCl ifadesi tek bafl na b - rak larak çözüme ulafl labilir. 2. ad m:? g HCl =1,00x10-2 mol HCl x (36,46 g / 1 mol)= 0,365 g HCl 39,6 mg stronsiyum klorür ( SrCl 2 ) kaç mol dür? 1. ad m:? mol SrCl 2 = 39,6 mg SrCl 2 Mol kütlesi mol bafl na g olarak ifade edildi inden ve M = M Sr + 2 x M Cl = 87,62 + 2x 35,45 = 158,52 gmol -1 SrCl2 fleklinde hesapland ndan hareketle mol SrCl 2 ifadesini tek bafl na b rakmak için 2. ad m afla daki gibi oluflturulabilir. 2. ad m:? mol SrCl 2 = 39,6 mg SrCl 2 x (1 g /1000 mg) x (1 mol / 158,52 g SrCl 2 ) = 2,50 x10-4 mol SrCl 2 ÖRNEK 1.1 ÖRNEK 1.2 ÖRNEK 1.3 Bilimsel fade ve Anlaml Say lar: Yukar daki örneklerde de görüldü ü gibi analitik kimyac lar, s kl kla çok büyük veya çok küçük say larla çal fl rlar. Örne in, 1 mol, 602,213,670,000,000,000,000,000 parçac k içerir veya ileri analitik tekniklerden baz lar bir bilefli i 0,000000000000001 g tayin etme yetene i tafl rlar. Bilim camias bu ifadeleri basitlefltirmek ve daha kullan fll k lmak için bilimsel ifadelere baflvurmufllar ve örneklerdeki say lar 6,0221367x 10 23 parçac k ve 1x 10-15 g olarak ifade etmifllerdir. Di er taraftan üstel ifadeleri birtak m ön eklerle veya bunlar n k - saltmalar yla da ifade etme yoluna gitmifllerdir (1x 10-15 =1 femto=1f; 1x 10-6 =1 mikro=1µ; 1x 10-3 =1 mili=1m; 1x 10 6 =1 mega=1m, gibi ). Bilimsel ölçümlerde ölçümün duyarl, sa lanan verilerin virgülün önündeki ve arkas ndaki yerlerde bulunan say larla anlam kazan r. Bu flekilde ölçülen büyüklüklerin güvenirli i de ortaya konulmufl olur. Bir ölçümdeki her say hem büyüklük hem de ölçümün belirsizlik derecesi hakk nda bilgi verir. Örne in, bir analitik kimyac için en önemli araçlardan biri olan analitik terazi de kütle ölçümleri 0,0001 g duyarl kla yap l r. Bununla ölçülen bir maddenin kütlesi, 23,4567 g olarak belirlenmifl olsun; bu de erde tüm say lar anlaml d r, bununla beraber en son (alt nc ) s radaki 7 say s ise terazinin duyarl k s n r nda oldu u için belirsizlik de tafl maktad r. Yani asl nda gerçek kütle 23,4567 g yak nlar nda 23,4566 g ile 23,4568
10 Analitik Kimya ph: [H + ] etkin derifliminin eksi (-) logaritmas d r. SORU g aras nda bir de erdir. Bu durumda ±0,0001 g duyarl kl ölçüm yapabilen bu terazinin bu ölçülen de er için ba l belirsizli i, ±0,0001 g / 23,4567 x 100 = ±4,26317 x10-4 % olarak hesaplan r. Özetle anlaml say lar, ölçümün belirsizli inin bir yans mas d r ve bir de erdeki anlaml say lar n adedi, ölçümdeki say lar n adedine eflittir. Bunun d fl nda afla da karfl lafl labilecek durumlar için anlaml say lar n nas l bulunaca özetlenmifltir: 1. Ondal k bölgesinde yer alan s f rlar n anlam yoktur. Örne in, 100 say s - n n yak nlar nda ölçülen bir de erin bir anlaml say s vard r, o da 1x 10 2 fleklinde yaz labilece i için 1 dir. E er 1,0x 10 2 fleklinde ifade edilirse iki anlaml say cinsinden ifade etmifl olunur. Ya da bir de er 0.0009030 fleklindeyse dört anlaml say vard r. Bunlar 9 ve 3 ile bunlardan sonra gelen s f rlard r (9,030x 10-4 ) ±0.1 mg yak nlar nda ölçüm yetene ine sahip bir teraziyle al nan ölçüm de eri 1.9870 g yerine 1.987 olarak ifade edilmelidir. 2. Bir kimyasal reaksiyon veya kimyasal formülde mol cinsinden ifade edilen katsay lar gibi tam say lar ve birim dönüflüm faktörleri tam de erler tafl r. Örne in, 1 mol MgCl 2, tam 1 mol magnezyum ve 2 mol klorür içerir (1,000 veya 1,0 fleklinde ifade edilmez). Yine 1000 g = 1 kg, 1000 ml = 1 L tam say larla ifade edilir. 3. Bilimsel ifade gere ince logaritmik ifadeleri basitlefltirmek üzere kullan - lan ph ifadelerinde virgülün solunda yer alan say lar üstel sistemi ifade etti inden SORUanlaml say lara dahil edilmez. Örne in, ph de eri 7.38 olan bir ölçümde iki anlaml say söz konusudur. ph Ünite 3 de ayr nt l ifllenecektir. 4. Toplama ve ç karma gibi matematiksel ifllemlerdeki sonuçlar virgülden sonraki en az anlaml say adedine itina gösterilerek ifade edilmelidir. Örne in, 13,5621, 1,33 ve 121,2163 gibi üç de erin toplam anlaml say lar aç s ndan AMAÇLARIMIZ 136,1084 yerine 136,11 olarak verilmelidir. Çünkü virgülden sonra en az anlaml say 1,33 dedir ve sonuç virgülden sonra iki hane olacak flekilde ta- AMAÇLARIMIZ mamlanarak verilmelidir. E er de erler 13,5621, 1,3 ve 121,2163 olsayd K T A P 136,0784 K T yerine A P virgülden sonra en az say ya sahip 1,3 oldu u için virgülden sonra bir anlaml say y ifade etmek için 136,1 fleklinde verilmeliydi. 5. Çarpma ve bölme ile ilgili ifllemlerde sonuç, de erlerden en az say da anlaml TELEV ZYON say cinsinden yuvarlanarak verilir. Örne in, 52,06 x 0,24 = 12,4944 ye- TELEV ZYON SORU rine 12 SORU olarak yuvarlanmal d r (0,24 iki anlaml say tafl d için). Yuvarlama ifllemleri hesaplaman n en sonunda yap lmal d r. NTERNET Bu ilkeler fl nda NTERNET Örnek 1.1, 1.2 ve 1.3 deki örneklerde verilen sonuçlar n anlaml say - lar aç s ndan do rulu unu kontrol ediniz!. fiimdi de SIRA bu S ZDE ifade ettiklerimizi kavray p kavramad n z ölçelim! 12,2 mg HCl kaç mol dür? AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ 3 K T A P SORU TELEV ZYON SORU NTERNET 4 2,2291 x 0,15 SIRA / 163,02 S ZDE ifadesinin sonucunu anlaml say lara önem vererek yan tlay n z. K T A P SORU TELEV ZYON SORU NTERNET
1. Ünite - Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler DER fi M B R MLER, DÖNÜfiTÜRÜLMELER VE ÇÖZELT HAZIRLAMA filemler Deriflim birimleri de temel SI birimi olan mol ve uzunluk birimi metreden türetilmifl Litre gibi türetilerek oluflturulmufllard r. Deriflim, Analitik kimyan n tüm ifllerinde olmazsa olmaz bir ölçüm birimi olarak; bir çözeltinin birim kütlesinde veya birim hacminde çözünen maddenin ba l miktar n çeflitli flekillerde ifade etmek için kullan l r. Bu kitapta analitik kimyac lar n yayg n olarak kulland deriflim birimlerinden bahsedilecektir. Molarite (Molar Deriflim): En yayg n kullan lan deriflim birimi olan molarite (c), bir litre (L) çözeltide çözünen maddenin mol say s n veya bir çözeltinin her mililitresinde (ml) çözünen maddenin mmol say s n ifade etmek için kullan l r. Bu kitapta molariteyi, farkl kitaplarda M, c benzeri farkl semboller kullan lmakta oldu unu göz önünde bulundurarak ve de mol kütlesi (M) ifadesiyle kar flt rmamak için, c sembolüyle ve molar birimini de M ile ifade edece iz. Yayg n olmamakla birlikte molarite ye benzer bir tan m, formalite deriflim birimi için de kullan lmaktad r. Aralar ndaki temel fark aç klay p molariteye iliflkin örnek problemlere geçece iz. Molarite çözeltideki önemli bir türün deriflimini ifade ederken formalite (F), çözeltideki çözünen türlere özgü kimyasal biçimden ba- ms z olarak çözünen maddenin toplam deriflimini ifade eder. Formalite, genelde iyonlara ayr flmayan türlerin çözeltilerini ifade etmek için kullan l r. Örne in flekerin suda çözünmesiyle ilgili deriflim birimi olarak formaliteyi ifadesini de kullanabiliriz. Çünkü fleker suda çözünürken iyonlar na ayr flmaks z n çözünür. Di er taraftan 0,01 mol potasyum klorür (KCl), 1 L suda çözünürken iyonlar na tam olarak ayr flt ndan çözeltide sadece 0,01 mol K + ve 0,01 mol Cl - türlerinden bahsedilir, ancak çözünmeden kalan KCl olmad ndan, KCl molaritesinden bahsedilemez. Bu durum, 0,01 F KCl olarak ifade edilir, molar deriflimi ise çözünmeyen KCl bulunmad ndan 0,0 M olur. yonlara ayr flan türlerin molar deriflimleri, [K + ] ve [Cl - ] fleklinde ve potasyum (klor) iyonunun molar deriflimi olarak ifade edilir. Özetle, bu benzeri durumlar önlemek ad na, birimlerde uluslararas standartlaflma sa lamak amac yla molar deriflim veya molarite türünden deriflim birimleri kullanmak yerinde olacakt r. 19,8 g SrCl 2 (M=158,52 g/mol olarak örnek 3 de bulunmufltu.) içeren 250 ml hacimdeki bir sulu çözeltinin molar deriflimi nedir? Çözüm: Deriflim tan m ndan paydada yer alacak (birim hacimde ifadesinden yola ç karak) L ye karfl mol veya ml ye karfl mmol olacak flekilde problemi ortaya koyun! 1. ad m:? M = 19,8 g SrCl 2 x 1/ 0,250 L çözelti Daha sonra mol/l veya mmol/ml olacak flekilde birimleri yok edelim. 2. ad m:? M = 19,8 g SrCl 2 x 1 mol SrCl 2 /158,52 g SrCl 2 x 1/ 0,250 L çözelti? M = 0,500 mol SrCl 2 / L çözelti (M) 11 Deriflim birimleri: Bir çözeltinin birim kütlesinde veya birim hacminde çözünen maddenin ba l miktar n veren birimlerdir. Molarite (M): Bir litre (L) çözeltide çözünen maddenin mol say s d r (mol L -1 ) Formalite (F): Çözeltideki çözünen türlere özgü kimyasal biçimden ba ms z olarak çözünen maddenin toplam deriflimidir. ÖRNEK 1.4
12 Analitik Kimya ÖRNEK 1.5 5 250 ml, 0,540 M klorür (Cl - ) çözeltisinin kat stronsiyum klorür hegza hidrattan (SrCl 2. 6H 2 O) nas l haz rlanaca n aç klay n z. Önemli not: Bilefliklerin yap s nda bulunan ve hidrat olarak ifade edilen kristal sular n her biri hesaplamalarda dikkate al nmal d r. Bu durumda mol a rl na alt suda kat ld nda M SrCl2.6H2O = 266,62 gmol -1 yapar. Ayr ca kat dan ne kadar tart lmal d r ki 0,540 M Cl - çözeltisi haz rlanabilsin? fleklinde problem ortaya konulabilir.? g SrCl 2. 6H 2 O = 0,540 mol Cl - / L çözelti x 0,250 L çözelti x 1 mol SrCl 2. 6H 2 O / 2 mol Cl - x 266,62 g SrCl 2. 6H 2 O / 1 mol SrCl 2. 6H 2 O? g SrCl 2. 6H 2 O = 18,0 g SrCl 2. 6H 2 O kat dan al p 250 ml lik balon jojede uygun özellikte suda çözülerek 250 ml çizgisine kadar tamamlan r Sükroz veya SIRA çay flekeri S ZDE olarak da bilinen sakkaroz, bitkiler taraf ndan üretilen ve bir glikoz ile bir fruktoz biriminden oluflan C 12 H 22 O 11 molekül formülüne sahip bir bilefliktir. Bu bilefli in 0.180 M ve 100 ml çözeltisi nas l haz rlan r? (C: 12,01; H:1,008; O:16,00 gmol -1 ) SORU Yüzde Deriflim: SORU Oldukça pratik bir çözelti haz rlama birimi oldu u için günümüzde hala kullan m alan bulan yüzde deriflim, çözeltide çözünmüfl maddeyi yüz- Yüzde Deriflim: Çözünen maddenin çözeltideki de k s m olarak tan mlar. yüzdesini ifade eder. A rl kça yüzde (w/w), hacimce yüzde (v/v) ve a rl k/hacimce (w/v) yüzde olmak üzere üç tür deriflim yüzdesi söz konusudur. Uluslararas sistemde w a rl, v ise hacmi ifade etmek için kullan lmakta oldu undan bizde ad geçen sem- bolleri kullanaca z. Yüzde deriflimlerde v veya w sembolleri mutlaka belirtilmelidir. Verilmemiflse w/w fleklinde alg lan r. AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ A rl kça yüzde, ticari olarak üretilen sulu çözeltilerin deriflimini ifade etmek için kullan l r. Bu çeflit fliflelenmifl ürünlerin özelliklerini tan tmak için flifleler üzerine K T A P etiketler yap flt r l r K T A P(fiekil 1.2.). Etikette yer alan analitik safl k derecesini de belirten % 37 bilgisi, bu ticari ürünün her yüz gram nda 37 g HCl bulundu unu gösterir. Ayr ca bu tür ürünlerde TELEV ZYON önemli bir TELEV ZYON bilginin de litrede kg cinsinden verilen yo unluk (d = 1,19 kgl -1 ) oldu una dikkat ediniz. Hacimce yüzde, s v halde bulunan saf bir maddenin baflka bir s v ile haz rlanan çözelti deriflimini ifade eder. Örne in, % 20 lik sulu etanol (C 2 H 5 OH) çözeltisi dendi inde en basitinden 20,0 ml saf etanolün saf su ile 100 ml ye tamamlan- NTERNET NTERNET mas yla elde edilir. Kat maddelerin seyreltik sulu çözeltilerinin haz rlanma sürecinde ise genellikle a rl k/hacimce yüzde deriflim kullan l r. Örne in % 10 KOH çözeltisi, 10 g KOH in, hacmi 100 ml olacak flekilde suda çözülmesiyle haz rlan r.
1. Ünite - Analitik Kimyada Temel Kavramlar ve fllemler 13 fiekil 1.2 Bir Ticari HCI Çözeltisinin Etiketi ve Tan mlad Özellikler. Milyonda K s m (ppm) ve Milyarda K s m (ppb): Geliflen aletli yöntemler sayesinde çok fazla seyreltik çözeltilerle çal flmak gere inin ortaya ç kmas yla bilim camias sonuçlar verirken ppm ve ppb olarak ifade edilen birimleri kullanmaya a rl k vermifltir. Milyonda k s m (ppm), toplam çözeltinin milyon gram nda ilgilenilen maddeden bir gram bulundu unu ifade eder. Bu ifllemi yaparken çok seyreltik sulu çözeltilerin yo unluklar n n 1,00 gml -1 oldu unu kabul ederek, 1 ppm = 1 mgl -1 ve 1 ppb = 1 µgl -1 olarak verilir. Gram bafl na mikrogram (µgg -1 ) ifadesi ppm olarak ifade edilebilece i gibi gram bafl na nanogram ifadesi de (ngg -1 ) ppb birimine karfl l k gelir. Ayr ca gaz deriflimlerini ifade etmek için de kullan fll d rlar. Örne in, 5,8 ppm lik helyum deriflimi, bir litre havan n 5,8 mikrolitre (µl) He içerdi i anlam n tafl r. Deriflim Birimleri Aras ndaki Dönüflüm: fiimdiye kadar ö rendi imiz, s kl kla kullan lan deriflim birimleri d fl nda birçok deriflim birimleriyle de karfl - laflabilece imizden daha ayr nt l bilgilere analitik kimya içerikli kaynaklardan ulaflabilirsiniz. fiimdi de birimlerin birbirleri aras ndaki dönüfltürme ifllemleri üzerinde duraca z. fiekil 1.2 de verilen ticari HCl çözeltisini molar deriflim cinsinden ifade ediniz? ppm: 1 Litre çözeltide çözünen maddenin miligram (mg) kütlesidir. ppb: 1 Litre çözeltide çözünen maddenin mikrogram (µg) kütlesidir. ÖRNEK 1.6 Çözüm: Etiketinde %37 lik (w/w) oldu u belirtilen bu ticari ürünün yo unlu unun 1,19 kg L -1 oldu una da dikkat ederek birim dönüflümlerini mol L -1 kalacak flekilde yaparsak;.? M HCl = 1,19x 10 3 g reaktif /1 L çözelti x 37 g HCl / 100 g reaktif x 1 mol HCl / 36,46 g HCl.= 12,1 mol L -1 1,018 gml -1 yo unlu undaki bir deniz suyu, 19,2 ppm nitrat (NO 3 - ) iyonu içerdi- ine göre nitrat iyonlar n n molaritesi ne olur?(n: 14,00; O: 16,00). ÖRNEK 1.7 Çözüm: ppm in; çözeltinin gram bafl na içerdi i µg (10-6 ) çözünen NO 3 - kütlesini de gösterdi inden hareketle, 1 L ye eflde er, 1018 g deniz suyunun (1000 ml deniz suyu 1000x1,018 g deniz suyuna karfl l k gelir) kaç gram NO 3 - içerdi i ortaya konulabilir.
14 Analitik Kimya 6? M NO 3 - = 19,2x 10-6 g NO 3 - /1 g deniz suyu x 1018 g deniz suyu /1 L x1 mol NO 3 - / 62,00 g NO 3 - = 3,15x 10-4 mol L -1 (M) Uluslar aras SIRA standartlara S ZDE göre bir içme suyundaki maksimum kabul edilebilir klorür (Cl - ) derifliminin, 2,50x 10 5 ppb Cl - oldu u göz önünde bulunduruldu unda böyle bir çözeltinin deriflimi mm cinsinden nedir? Çözelti Haz rlama fllemleri: Saf bir kat veya ticari bir s v maddenin belli bir SORU deriflimdeki SORU çözeltisini haz rlamak için hesaplanan belli bir kütleden veya hacimden al nan madde miktar n uygun bir çözücüde çözer ve istenilen son hacme standart balon jojelerde tamamlar z. Haz rlanan ve deriflimi tam olarak bilinen bu çözeltiler stok çözelti olarak kullan l p daha seyreltik çözeltiler, bunlardan yola ç k larak haz rlan r. Bu ifllem, öncelikle seyreltilmesi istenen son deriflim (C s ) ve hacme (V s ) ba l olarak, deriflimi bilinen (C b ) stok çözeltiden ne kadar (V b ) al naca afla daki formülle hesaplanarak, yap l r. AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ c b x V b = c s x V s... Eflitlik 1.1 Son olarak stok çözeltide al nan V b hacmi son hacme uygun bir çözücüde genelde balon K jojelerde T A P K T A P tamamlan r. ÖRNEK 1.8 TELEV ZYON NTERNET SORU Atomik absorpsiyon ve emisyon spektroskopi teknikleri kullan larak gerek biyolojik gerekse çevresel TELEV ZYON numunelerde yap lan a r metal analizlerinde ppm de erlerinin alt nda çal fl l r. Bu sistemler için 1000 ppm lik ticari stok standart çözeltiler kullan l r. 1000 ppm lik Pb 2+ (kurflun) stok çözeltisinden yola ç karak 1 ppm, 100 ml çözelti nas l haz rlan r? NTERNET Çözüm: Birimlere dikkat ederek Eflitlik 1.1 de de erleri yerine koyarsak; 1000 ppm x V b = 1 ppm x 100 ml V b = 100 / 1000 = 0,1 ml Laboratuvar dersinde görece iniz uygun bir transfer pipeti veya dijital pipetle 0,1 SORU ml stok çözelti, 100 ml lik balon jojede deiyonize su ile 100 ml ye tamamlan r Bu tür çözeltileri destile sudan gelebilecek bozucu iyon etkilerinden ar nd rmak için deiyonize su ile seyreltmeliyiz. ÖRNEK 1.9 Örnek 1.5 de verilen ticari HCl çözeltisinden yola ç karak 250 ml 0,5 M HCl çözeltisi nas l haz rlan r? AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ Çözüm: Örnek 1.5 de bu çözeltinin deriflimini C b = 12,1 M olarak bulmufltuk. Eflitlik 1.1 K T A P de yerine koyarsak; K T A P 12,1 M x V b = 0,5 M x 250 ml V b =10,3 ml (al p balon jojede çözücüyle 250 ml ye tamamlar z) TELEV ZYON TELEV ZYON NTERNET 7 Ticari olarak SIRA sat lan S ZDE bir amonyak çözeltisi a rl kça % 28,0 lik olup 0,899 gml -1 yo unlu a sahiptir. Bundan yola ç karak, 500 ml 0,100 M amonyak çözeltisi haz rlamak için ticari amonyak çözeltisinden kaç L almal y z? (N:14:00; H: 1,009) NTERNET SORU SORU