DENEY I ÇÖZELTİ KONSANTRASYONLARI Genel Bilgi 1. Çözelti İki ya da daha fazla maddenin herhangi bir oranda bir araya gelerek oluşturdukları homojen karışıma çözelti denir. Diğer bir deyişle, bir maddenin başka bir madde içinde gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler halinde dağılarak, homojen karışım oluşturması olayına çözünme, elde edilen karışıma da çözelti denir. Bir çözeltiyi oluşturan maddelerden genellikle çok olanına çözücü (dağılma yada dispersiyon ortamı), az olanına da çözünen (dağılan madde) denir. Doğada birçok çözücü ve çözünen madde vardır. Bilinen en iyi çözücü sudur. Çözelti Türleri Çözelti türlerini üç ana başlık altında inceleyebiliriz. 1- Çözücünün durumuna göre: katı, sıvı, gaz Çözeltinin fiziksel halini belirleyen çözücüdür. 2- Elektrik akımı iletmelerine göre, Elektrik akımını ileten çözeltiler: Çözünen madde çözünürken iyonlarına ayrılıyorsa böyle çözeltilere iyonik çözeltiler denir. İyonik çözeltiler elektrik akımını ilettikleri için elektrolit çözeltiler olarak da bilinirler. Örnek olarak; asit, baz çözeltileri, tuz çözeltileri verilebilir. Elektrik akımını iletmeyen çözeltiler: Kovalent bağlı bileşikler çözücü içerisinde çözünürken moleküller halinde dağılırlar. Alkolün su içerisinde çözünmesi olayını örnek olarak verebiliriz. 3- Çözünen madde miktarına göre, Doymuş çözeltiler: Çözücünün çözebileceği maksimum maddeyi çözdüğü durumdur. Aşırı doymuş çözeltiler: Çözeltinin maksimum çözebileceği madde miktarından daha fazla madde çözünmüş çözeltilerdir. Bir miktar çözünen madde çökerek doymuş çözelti haline gelirler. Doymamış çözeltiler: Bir çözücünün çözebileceği maksimum maddeden daha azını çözdüğü durumdur.
Seyreltik çözelti: Az miktarda çözünen içeren çözeltilere seyreltik çözelti denir. Birim hacme düşen çözünen madde miktarı ne kadar az ise, çözelti o kadar seyreltiktir. Derişik çözelti: Çok miktarda çözünen içeren çözeltilere derişik çözelti denir. Birim hacme düşen çözünen madde miktarı ne kadar fazla ise, çözelti o kadar derişiktir. 4- Çözünen maddenin büyüklüğüne göre, Gerçek çözeltiler: Gerçek bir çözelti, molekül veya iyon birimine çözünerek parçalanma sonucunda meydana gelir. Bir çözücü içinde çözünen bir madde molekül veya iyonlarına ayrılır ve bu küçük iyonlar veya moleküller çözücü içinde öyle dağılır ki çözelti göze saydam görünür. Genellikle dağılan maddenin veya moleküllerinin boyutu 10 angstrom (10Å=1 milimikron) dan küçüktür. Gerçek çözeltiler homojendir. Kolloidal çözeltiler: Koloidal bir çözelti ise gerçek çözeltiden farklı olarak heterojendir, saydamlığı az veya bazen hiç yoktur. Çözünen maddenin molekülleri (makromoleküller) veya maddenin tanecikleri 10-1000 Å arasında ise böyle bir madde çözücü içinde dağılarak kolloidal çözelti oluşturur. Heterojen Karışımlar Çözelti olarak adlandırılan homojen karışımlar yanında bir de heterojen karışımlar bulunmaktadır. Heterojen karışımlar her yerinde aynı özelliği göstermeyen karışımlardır. Heterojen bir karışımda fazlardan biri diğeri içinde ince dağılmış halde bulunur. Heterojen karışımlar, emülsiyon ve süspansiyon olmak üzere ikiye ayrılırlar: Emülsiyon: Bir sıvının başka bir sıvı içinde oluşturduğu heterojen karışımlara denir. Su-zeytin yağı, su-benzin karışımı, süt içindeki yağ damlacıkları birer emülsiyondur.
Süspansiyon: Bir sıvı içerisinde bir katının tam olarak çözülmeyip küçük zerrecikler halinde dağılmasıyla oluşan heterojen karışımlara süspansiyon karışım adı verilir. Su-kum gibi. 2. Çözelti Konsantrasyonları Bir çözeltinin konsantrasyonu, çözeltinin belirli bir hacmi içinde çözünmüş olan madde (substrat) miktarıdır. Bütün kimyasal reaksiyonlarda nicel ölçüm yapabilmek için kullanılan çözeltilerin konsantrasyonlarını bilmek gerekir. Çözelti konsantrasyonlarını anlatmak için genel olarak, -Yüzde (% ) - Molarite (M) ifadeleri kullanılmaktadır. 1. Yüzde (%) konsantrasyonlar Yüzde konsantrasyon, çözünen maddenin çözelti içerisindeki yüzdesini belirtir. 3 tip yüzde konsantrasyon vardır. Kütlece yüzde (m/m)= çözünenin ağırlığı (g) X 100 çözeltinin ağırlığı (g)) Örn: 0,892 Potasyum klorür (KCl), 54,6 g suda çözüldüğünde, KCl ün kütlece yüzdesi = 0,892g X 100 0,892+54.6 g =1,61 olur. Hacimce yüzde (v/v) = çözünenin hacmi (ml) X 100 çözeltinin hacmi (ml) %70 lik etanol çözeltisi denince; 100 ml de 70 ml etanol olduğu anlaşılır. Örn: 500 ml etanol üzerine 1500 ml su eklediğimizde oluşan çözelti, 500 X 100 = %25 lik olur. 500+1500 Kütle/hacimce yüzde. (m/v) = çözünenin ağırlığı (g) X 100 çözeltinin hacmi (ml)
% 8 lik şeker çözeltisi denince, 8 g şeker in 100 ml çözelti içinde bulunduğu anlaşılır. %8 lik bir şeker çözeltisi ile iş yapıyorsak, örneğin 50 ml çözeltide ne kadar şeker olduğunu 100 ml 8 g şeker 50 ml X X= 4 g şeker hesabı ile bulabiliriz. 2. Molarite Bir çözeltinin litrede mol sayısı şeklinde ifade edilen konsantrasyonuna molarite denir. Molarite en çok kullanılan konsantrasyon ifadesidir. 1 M çözelti deyince çözeltinin 1 litresinde 1 mol çözünen bulunduğu anlaşılır. Mol bildiğiniz bir maddenin molekül ağırlığı kadar gramı demektir. O halde; 2 g hidrojen = 1 mol hidrojen, 32 g oksijen=1 mol oksijen, 18 g su = 1 mol su, 44 g CO 2 = 1 mol CO 2 olur. Bütün maddelerin birer molü eşit sayıda molekül kapsar (6.02x10 23 Avagadro sayısı). Kimyasal reaksiyonlar moleküller arasında meydana geldiğinden çözeltideki maddelerin mol sayılarını bilmek büyük önem taşır. Örneğin 1 M Glukoz (C 6 H 12 O 6 ) çözeltisi hazırlamak istiyorsak önce 180 g glukoz tartıp üzerine bir miktar damıtık su ekleriz. İyice erittikten sonra 1 lt 'yi tamamlarız. Bu durumda elimizdeki çözeltinin 1 lt 'sinde 1 mol glukoz bulunuyor demektir. 0.1 M glukoz çözeltisinde ise litrede 0.1 mol yani 18 g glukoz bulunmaktadır. Molaritesi belli olan çözeltilerin belirli miktarlarında ne kadar çözünen madde bulunacağı hesaplanabilir. Örn: 500 ml 4 M lık NaOH (molekül ağırlığı 40) çözeltisi nasıl hazırlanır? 1 lt de 4 mol NaOH 1 mol NaOH 40 g 500 ml x 2 mol x X= 2 mol x= 80g 80 g NaOH tartılarak üzerine bir miktar damıtık su ilave edilir. İyice erittikten sonra son hacim 500 ml ye tamamlanır. 3. Çözeltilerin Seyreltilmesi Bir çözeltinin konsantrasyonunun azaltılmasına seyreltme denir. Biyokimyada yapılan seyreltmeler, toplam çözeltinin bütün özelliklerini içerecek şekilde hazırlanır. 1:100 luk seyreltme yapılırken konsantre çözeltiden 1 birim alınarak toplam hacim olan 100 birime tamamlanır.
Örn: 25 ml serum ile 25 ml tuz çözeltisi karıştırılırsa, serum 25:50= 1/2 oranında seyreltilmiş olur. *Sabit konsantrasyondan düşük konsantrasyona ulaşmak için seri seyreltmeler yapılır. DENEY Bu çalışmada derişimi bilinen renkli bir stok çözeltiden seri sulandırma yaparak, bir seri çözelti hazırlayacaksınız. Bunun için 1/2, 1/3, 1/5, 1/10, 1/100 oranlarında seri sulandırım tüpleri hazırlayınız ve her bir tüp için aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi sulandırım oranlarını ve elde ettiğiniz çözelti konsantrasyonlarını yazınız. Çözeltinin içindeki çözünen madde miktarının azlığı çokluğu çözeltinin renk koyuluğundan anlaşılabilecektir. Deneyi yapmak çok az zamanınızı alacaktır. Size verilen soruları çözmeniz, konuyu iyice kavramanıza büyük ölçüde yardım edecektir.
Çözelti Konsantrasyonları İIe İlgili Sorular 1-0,001 M glukoz çözeltisinin 200 ml sinde a) Kaç mol glikoz bulunur? b) Kaç gram glukoz bulunur? (Glukoz un M.A: 180g) 2-0,01 M glukoz çözeltisinden 400 ml hazırlamak için ne yaparsınız? 3- %5 lik K 2 Cr 2 O 7 çözeltisinden 600 ml hazırlamak için ne yaparsınız? 4-0,1 M lık bir çözeltinin 10 ml sine damıtık su ekleyerek 1 lt ye tamamlarsanız meydana gelen çözeltinin molaritesi ne olur? 5- % 20 lik bir tuz çözeltisinin 100 ml sine damıtık su eklenerek 800 ml ye tamamlanıyor. Meydana gelen çözelti a) % kaçlıktır? b) Kaç gram tuz içermektedir? 6-500 ml 2,5 M lık NaOH (molekül ağırlığı 40) çözeltisi hazırlamak için ne yaparsınız? 7- Elinizde molekül ağırlığı 200 olan katı bir maddenin 0,5 M lık çözeltisi mevcuttur. Bu çözeltiden 600 ml %5 lik çözelti hazırlamak için ne yaparsınız? 8- Elinizde molekül ağırlığı 50 olan katı bir maddenin %20 lik çözeltisi bulunmaktadır. Bundan 0,004 M lık 500 ml çözelti hazırlamak için ne yaparsınız? 9- %80 lik bir etil alkol çözeltisinin 300 ml sinde kaç ml etil alkol bulunur? 10-%60 lık bir alkol çözeltisinden %24 lük 1000 ml alkol çözeltisi elde etmek için ne yaparsınız? 11- Elinizde 4M, 100 ml HCl çözeltisi var. Bu çözeltiyi 0,2M yapmak isterseniz, kaç ml su eklemeniz gerekir? 12-2000 ml, 2 M lık bir NaOH çözeltiniz var. Bu çözeltiyi a)1/2 kez b) 1/5 kez sulandırırsak ne kadar su ilave etmemiz gerekir? Yeni çözeltilerin molariteleri ne olur?
Diğer soru tipleri 1- Yoğunluğu 1,19g/ml olan % 37 lik konsantre HCl den (HCl nin molekül ağırlığı 36,5) 3 M 250 ml çözelti nasıl hazırlanır? Çözüm: Eğer 1 litrelik çözelti istenseydi 3 mol çözünen gerekecekti. Çözelti 250 ml yani 0,25 l olduğuna göre gerekli çözünen madde 0,25x3=0,75 mol dür. Bir mol HCl nin ağırlığı 36,5 g olduğuna göre 0,75 mol HCl 0,75x36,5=27,375 g dır. Asitin 100 gramından 37 gr saf HCl bulunduğuna göre x 27,375 g saf HCl x=73,986 g % 37 lik asit vardır. Asitin yoğunluğu 1,19 g/ml olduğuna göre 73,986 g asit (73,986/1,19)=62,173 ml dir Çözeltinin hazırlanması için; 250 ml'lik ölçü kabına az miktarda saf su alınır. Üzerine 62.173 ml derişik HCl konursa ve 250 ml ye, saf su ile tamamlanır. Not: Asit üzerine su eklenmemelidir. Asit sulandırmalarında daima su üzerine asit eklemelidir. 2-250 ml %10 luk CuSO 4 çözeltisini (CuSO 4 H 2 O, molekül ağırlığı 178) nasıl hazırlarsınız? Bir kimyasal molekül üretildiğinde, tuz moleküllerine bağlı, değişen miktarlarda su molekülleri (hidrat suyu) içerir. Hidratlı maddelerdeki su molekülleri, çözelti hesaplamalarında dikkate alınır 250 ml %10 luk CuSO 4 çözeltisini hidrasyon suyu olmayan bakır sülfattan (CuSO 4, molekül ağırlığı 160) değil de 1 molekül hidrasyon suyu olan bakır sülfattan (CuSO 4 H2O, molekül ağırlığı 178) ile hazırlayacaksak tartacağımız CuSO 4 H2O miktarı: 100 10 160 g CuSO 4 178g CuSO 4 H 2 O 250 x 25g x x= 25g x= 27,81 g 27,81 g tartılır, önce bu miktar çözünecek kadar distile su eklenerek çözünme sağlanır. Sonra total hacim distile su ile 250 ml ye tamamlanır.
3-50 ml 0,01µM NaOH çözeltisi nasıl hazırlanır? (Not: hassas terazinizin en düşük 0,001 gram tartabileceğini düşününüz) (NaOH: 40g ) Ne kadar NaOH tartmamız gerektiğini hesaplarsak; M= n 0,01 µm=0,01x10-6 M V n= 0,01x10-6 M x 0,05L = 5x10-9 mol 5x10-9 mol x 40g= 20x10-8 gram 20x10-8 gramın elimizdeki terazi ile tartılması söz konusu değildir. Bu nedenle bu durumlarda bu çözeltinin derişimi daha fazla olan stok çözeltisini hazırlamamız gerekir. Bu stok çözeltiyi istediğimiz kadar sulandırarak çözeltiyi elde edebiliriz. C1xV1=C2xV2 formülünü kullanarak yapabiliriz. 4-1 litre ph= 7,4 10x TAE tamponu nasıl hazırlanır? ( 1xTAE tamponu; 40mM Tris asetat (MA: 181,2g), 5mM Sodyum asetat (MA: 82 g), 1mM EDTA (MA: 372) Çözeltiler yalnızca bir çözücü ve çözünen olarak hazırlanmazlar. Bazı çözeltiler farklı konsantrasyonlarda birden fazla çözünen içerebilirler. Tampon çözeltiler bu tip çözeltilere örnektir. Tampon çözeltiler eklendikleri reaksiyon ortamındaki ph değişimlerinin sabit kalması için sıklıkla kullanılan çözeltilerdir. Tampon çözeltiler laboratuarda yüksek miktarlarda tüketildiği zaman, bu çözeltileri büyük hacimli şişelerde saklamak yer sıkıntısına neden olur. Bu nedenle bu tip çözeltiler derişik olacak şekilde örneğin 5kat (5X), 10 kat (10X) daha konsantre hazırlanır. Yani içerisindeki madde miktarları bu kadar kat daha fazla konur. Bunlara stok çözelti adı verilir. Daha sonra bu çözeltiler istenilen oranda sulandırılarak kullanılır (1X gibi) Bizden istenen 10x TAE tamponunun, 1xTAE miktarları verildiğine göre buradaki maddeleri 10 kat derişik alarak 10x TAE tamponunu hazırlayabiliriz. 40mM Tris asetat (MA: 181,2g)x 10= 400mM=0,4M Mol= 0,4x1=0,4 mol m= 0,4x181,2=72,84 gram 5mM Sodyum asetat (MA: 82 g) x10=50mm= 0,05M Mol= 0,05x1=0,05 mol m= 0,05x82=4,1 gram 1mM EDTA (MA: 372) x 10= 10mM=0,01M Mol= 0,01x1=0,01 mol m= 0,01x372=3,72 gram 72,84 gram Tris asetat + 4,1 gram Sodyum asetat + 3,72 gram EDTA, tartılarak hepsi bir kaba konur. Üzerine bir miktar distile su eklenir ph sı ayarlanır ve son hacim 1 litre olacak şekilde suyla tamamlanır.