- Aşırı sabun tüketimi
- Gıda sektöründe kullanımında gıda bozulmaları - Kumaşların ömrünü azaltma, yıpratma
- Deride tahriş
- Sıcak su boruları ve kazanlarda kireç birikimi ve taşlaşma - Porselenlerde, lavabo ve küvetlerin renginin gitmesi ANALİZ YÖNTEMLERİ
Hesaplama Yöntemi
Bu yöntem tüm sularda uygulanabilmekte ve kesin çözüm vermektedir. Ancak maliyetli olması ce zaman gerektirmesi nedeni ile çok fazla kullanılmamaktadır. Yöntemde su içinde sertliğe neden olan tüm iyonlar ayrı ayrı bulunur, konsantrasyonu ölçülür ve CaCO3 eşdeğeri olarak yazılması için uygun faktörü ile çarpılır ve hepsi toplanır.
35 EDTA Titrasyon Yöntemi
Etilen diamin tetra asetik asit (EDTA) ve bunun sodyum tuzları metal katyonlarının bulunduğu çözeltiye ilave edildiği zaman çözünebilir halka kompleksi meydana gelir.
Kalsiyum ve magnezyum iyonlarını içeren sulu çözeltiye pH 10 ± 1 civarında iken küçük miktarlarda Eriochrome Black T gibi boyar madde eklenirse çözelti şarap kırmızısı rengine döner. Bu çözelti EDTA ile titre edilirse, kalsiyum ve magnezyum iyonları EDTA ile kompleks oluşturur ve tüm kalsiyum ve magnezyum iyonları kompleks oluşturduğunda renk kırmızıdan maviye döner. Emniyetli son nokta için ortamda magnezyum iyonları bulunmalıdır. Bunu garantilemek için tampon olarak kompleksleştirici EDTA’nın doğal magnezyum tuzu az miktarda kullanılır. Bu otomatik olarak yeterli magnezyumu gösterir ve şahit numune hazırlamayı gereksiz kılar. Dönüm noktasının kesinliği pH ile artar. Ancak kalsiyum karbonatın veya magnezyum hidroksitin çökmesi veya yüksek pH değerlerinde indikatörün renk değiştirmesi gibi tehlikelerden dolayı pH sınırsızca değiştirilemez. Bu metot için emniyetli pH değeri 10 ± 0,1 civarındadır. Ayrıca kalsiyum karbonat çökelmesinin engellenmesi için titrasyon 5 dakika içinde tamamlanmalıdır. Bazı metal iyonları dönüm noktasının belirlenmesinde engelleyici olabileceklerinden, titrasyona başlamadan önce tüm bu engelleyici iyonların etkisini giderici reaktifler eklenmelidir. Numune bulunun askıda veya kolloidal maddelerde de dönüm noktasında belirsizliklere neden olduklarından numune çeşitli işlemlerle bu maddeler giderilmelidir. Titrasyon için en uygun sıcaklık 20°C olup, bazı sıcaklıklar indikatörün ayrışması engellenebilmektedir. Titrasyonda çökelmelerin engellenmesi için pH değeri oldukça önemli olduğundan tampon çözeltiler kullanılmaktadır.
Ca2+ ve Mg2+ içeren bir suya EDTA eklendiğinde EDTA bileşiği öncelikle kalsiyum ile birleşme eğilimindedir. pH magnezyumu hidroksit şeklinde çöktürecek kadar yeterli olduğunda indikatör direk olarak kalsiyumla reaksiyona girer ve EDTA yardımıyla su içerisinde bulunan kalsiyum rahatlıkla belirlenebilir. İndikatörlerin çoğu pH 12-13 civarında tüm kalsiyum EDTA ile birleştiğinde renk değişimi oluşturur. EDTA titrasyon metodunda gerçekleşen reaksiyonlar aşağıdadır;
M2+ + EDTA [M-EDTA]kompleks
Numunenin pH değeri 10 civarında olduğunda sertliği oluşturan katyonların az bir miktarı ile kırmızı renkte bir kompleks oluşturan Eriochrome Black T indikatöründen bir miktar eklenir;
M2+ + Eriochrome Black T (M Eriochrome Black T)kompleks kırmızı şarap renkli.
36
Bu karışım normalitesi bilinen EDTA ile titre edilirken M-EDTA kompleksi meydana gelir.
Bu sırada renk dönmesi olmaz. Ancak serbest katyonlar bittikten sonra damlatılan EDTA çok zayıf olan M-Eriochcrome Black T kompleksini parçalayıp M2+’leri kendine bağlayacağından renk Eriochrome Black T’nin sulu çözeltilerdeki rengi olan maviye dönüşür. Bu dönme noktası, M2+ katyonlarının EDTA tarafından bağlandığı noktadır. Buraya kadar sarfedilen EDTA’dan sertlik hesabı yapılabilir.
Edta Titrasyon Metodu İle Deney Düzeneği Kullanılan Kimyasallar
- Tampon Çözeltisi: 1,179 gr EDTA disodyum tuzu ve 0,78 gr magnezyum sülfat (MgSO4.7H2O) [veya 0,644 gr magnezyum klorür (MgCl2.6H2O)] 50 ml distile suda çözülür. Karıştırarak üzerine 16,9 gr NH4Cl ve 143 ml konsantre NH4OH ilave edilir.
Distile su ile 250 ml’ye tamamlanır.
- Standart EDTA çözeltisi (0,01M): 3,723 gr EDTA distile suda çözülerek 1000ml’ye distile su ile tamamlanır.
- Standart Kalsiyum Çözeltisi: 1gr susuz CaCO3 tozu 500 ml’lik erlene konur. Bir huni yardımı ile CaCO3 çözünene kadar 1+1 HCl ilave edilir. 200 ml distile su eklenerek karbondioksitin buharlaşması için birkaç dakika kaynatılır. Soğutulur ve birkaç damla metil kırmızısı indikatörü eklenir ve 3N NH4OH veya 1+1 HCl eklenerek turuncu renk alması sağlanır. 1000ml’ye distile su ile tamamlanır. Bu standart çözeltinin 1ml’si 1mg CaCO3 ‘a eşdeğerdir.
- Eriochrome Black T İndikatörü: 0,5 g Eriochorome black T (Eriochorome-Schwartz T) ve 100 g NaCl bir havanda çok ince ezilerek karıştırılır. Bu katı indikatör karışımı uzun zaman dayanıklıdır.
- Sodyum Hidroksit Çözeltisi (1N) - Müreksit
Deneyin Yapılışı Toplam Sertlik:
- 25 ml numune alınarak 50 ml’ye seyreltilir.
- 1 ml tampon çözeltisi ilave edilir (eklendikten 5 dk içinde titrasyon bitirilmelidir).
- Spatül ucu ile toz indikatör numuneye eklenir (Kesin bir renk oluşmamış ise engelleyici ilavesi gereklidir veya indikatör bozulmuştur).
- 0,01 M EDTA ile renk kırmızıdan maviye dönene kadar titre edilir.
37 Hesaplama:
N1 x V1 = N2 x V2 bu formül aşağıdaki şekilde yazılırsa sonuç mg/L CaCO3 cinsinden hesaplanabilir;
Sertlik mg/L CaCO3 = 𝑁2 𝑉2 𝐸𝐴 1000
𝑉1
N1 : Numune normalitesi V1: Numune hacmi N2: Titrant normalitesi V2: Titrant hacmi EA: Kalsiyum Karbonatın (CaCO3) eş değer ağırlığı
Bu hesaplamadan su numunesinin molaritesi bulunur ve mg/L CaCO3 olarak sertlik hesaplanır.
Kalsiyum Sertliği:
- 10 ml numuneye 50 ml saf su, 1-2 damla sodyum hidroksit eklenir - Spatül ucu ile müreksit ilave edilir ve karışıtırılır.
- Renk pembeden leylak moruna dönene kadar EDTA ile titre edilir.
- Sarfiyatlar kaydedilir ve hesaplamalar yapılır.
Hesaplama:
Kalsiyum Sertliği mg/L CaCO3 = 𝑁2 𝑉2 𝐸𝐴 1000
𝑉1
Bu hesaplamadan su numunesinin molaritesi bulunur ve mg/L CaCO3 olarak kalsiyum sertliği hesaplanır. Sonuçlar meq/L’ye de çevrilmelidir.
Örnek
Numune hacmini 50 ml olduğu sertlik deneyinde 0,01 M EDTA titrantından Eriochrome Black T indikatörü kullanıldığında sarfiyat 10 ml, müreksit kullanıldığında ise sarfiyat 6 ml’dir. Numunenin toplam sertliğini (mg/L CaCO3 ve meq/L cinsinden), kalsiyum sertliğini (mg/L Ca+2,mg/L CaCO3 ve meq/L cinsinden), ve magnezyum sertliklerini (mg/L Mg+2, mg/L CaCO3 ve meq/L cinsinden) hesaplayınız.
38 Toplam Sertlik;
N1 x V1 = N2 x V2
N=M x TD NEDTA = 0,01 x 2 NEDTA = 0,02 N
Sertlik mg/L CaCO3 = 𝑁2 𝑉2 𝐸𝑉𝐴 1000
1 = 0,02 𝑥 10 𝑥 50 𝑥 1000
50 = 200𝑚𝑔𝐿 𝐶𝑎𝐶𝑂3 Sertlik meq/L =200mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 4meq/L
Kalsiyum Sertliği;
Sertlik mg/L CaCO3 = 𝑁2 𝑉2 𝐸𝑉𝐴 1000
1 = 0,02 𝑥 6 𝑥 50 𝑥 1000
50 = 120𝑚𝑔𝐿 𝐶𝑎𝐶𝑂3 Sertlik meq/L = 120mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 2,4meq/L
mg
L 𝐶𝑎+2 = 120𝑥2050= 48 mg/L 𝐶𝑎+2 Magnezyum Sertliği;
200 – 120 = 80 mg/L CaCO3
Sertlik meq/L = 80mg/L CaCO3 x 1meq CaCO3/50mg = 1,6 meq/L
mg
L 𝑀𝑔+2= 80𝑥1250= 19,2 mg/L 𝑀𝑔+2
39 DENEY 7 SÜLFAT TAYİNİ
Kükürt (S-) bazı organik maddelerin yapısına da girebilen, onun dışında doğal dolanımda en çok inorganik halde yer alan bir elementtir. Sularda az miktarda kükürt bulunabilir. Sülfat (SO42-) ise oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunabilir. Çünkü kayalardan çözeltiye geçen katyonlar genellikle sülfatlı bileşiklerdir. Tabiatta bulunan ağır metal sülfürleri atmosferik olayların etkisiyle kısmen oksitlenerek suda çözünebilen sülfatları oluşturular. Maden drenaj artıkları pirit oksidasyonu nedeniyle çevreye yüksek miktarda sülfat verebilmektedir. Ayrıca, kâğıt ve tekstil endüstrisinden deşarj yoluyla sulara karışabilir.
Evsel su kaynaklarındaki sülfat miktarı yüksek konsantrasyonlarda bulunduğunda insanlar üstündeki müshil etkisinden dolayı çok önemlidir. Bu yüzden insan kullanımı göz önünde tutularak sularda üst limit değer olarak 250 mg/L tavsiye edilmektedir.Evsel ve endüstriyel su kaynaklarındaki sülfat kazan ve ısıtıcılarda sert kabuklar oluşturmasından dolayı önemlidir.
Sülfat tayin yöntemleri:
1- Gravimetrik Metot: BaCl2 ile SO42- asidik ortamda BaSO4 şeklinde çöktürülerek ağırlığından hesaplanır. 10 mg/L ve üzeri derişimlerde ölçüm için uygun bir metoddur.
2- Türbidimetrik Metot: Sülfat iyonları asidik ortamda BaCl2 ile BaSO4 oluşturacak şekilde kompleksleştirilir. Spektrofotometre ile 420 nm’de ölçülen absorbans değerinden yararlanarak sülfat miktarı tayin edilir. 1 – 40 mg/L arasındaki derişimleri ölçebilen bir yöntemdir.
3- Kolorimetrik Metot: Metil timol mavisi yardımıyla yapılan bir yöntemdir. Kısa süre içinde daha fazla örneğin ölçümünün yapılabilmesi için tercih edilen bir yöntemdir.
1- İyon kromatografisi ve Kapiller İyon Elektroforezi: 0,1 mg/L gibi düşük değerleri ölçebilmesiyle sülfat tayininde kullanılan metodlardandırlar.
Bu deneyde sülfat tayini türbidimetrik (bulanıklık ölçüm) yöntem kullanılarak yapılacaktır.
SO42-, sülfat iyonları, BaCl2 içeren asetik asit ortamında üniform boyutlarda BaSO4 kristalleri oluşturmak için çöktürülecektir. Süspanse haldeki BaSO4’ın ışık absorbans değerleri ölçülür ve bir standart eğri üzerinden SO42- konsantrasyonları karşılaştırmalı olarak tespit edilir. Bu yöntemle minimum 1 mg SO42-/L değeri tespit edilebilmektedir.
40 Kullanılan Kimyasallar
Tampon çözeltisi: 30 g magnezyum klorür (MgCl2.6H2O), 5 g sodyum asetat (CH3COONa.3H2O), 1 g potasyum nitrat (KNO3) ve 20 mL asetik asit (CH3COOH) (% 99'luk) 500 mL distile suda çözülür ve distile su ile 1 litreye tamamlanır.
Baryum Klorür: 20-30 mesh'lik kristal Baryum klorür.
Standart Sülfat Çözeltisi: 0,1479 g Na2SO4 bir miktar distile su içerisinde çözülür ve distile su ile 1 litreye tamamlanır. Bu çözeltinin 1 mL'si 0,1 mg SO42- ihtiva eder. (100 ppm)
Kalibrasyon Çözeltileri : Standard sülfat çözeltisi kullanılarak 5, 10, 20 ,30 ve 40 mg/L SO4
2-içerecek şekilde çözeltiler hazırlanır.
Kalibrasyon Eğrisinin Hazırlanması : Önceden hazırlanan kalibrasyon çözeltilerine aşağıdaki işlemler uygulanır.
Baryum Sülfat Bulanıklığının Oluşturulması : 10 mL kalibrasyon çözeltisi 100 mL’lik erlene alınır. Üzerine 2 mL tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karışma işlemi devam ederken bir spatül dolusu BaCl2 eklenir ve 60 saniye daha karıştırma işlemi devam ettirilir.
Baryum Sülfat Bulanıklığının Ölçülmesi : Karıştırma işlemi sona erdiğinde kalibrasyon çözeltileri küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır.
Kalibrasyon Eğrisinin Çizimi : Kalibrasyon çözeltileri ile yapılan ölçüm değerleri x ekseninde derişim (mg/L) değerleri ve y ekseninde absorbans (abs.) değerleri olacak şekilde grafiğe geçirilir.
41
Derişimi Bilinmeyen Örneğin Ölçümü : Örnek için iki ölçüm yapılır. Birinci ölçümde 10 mL örnek alınarak 100 mL’lik erlene eklenir. Üzerine 2 mL tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karıştırma işlemi sona erdiğinde örnek küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır.
İkinci ölçümde ise 10 mL örnek alınarak 100 mL’lik erlene eklenir. Üzerine 2 mL tampon çözelti konulur ve manyetik karıştırıcı ile sabit hızda karıştırılır. Karışma işlemi devam ederken spatül ile BaCl2 eklenir ve 60 saniye daha karıştırma işlemi devam ettirilir.
Karıştırma işlemi sona erdiğinde örnek küvete eklenerek 5 dakika içinde spektrofotometrede 420 nm dalga boyunda ölçüm yapılır.
Hesaplamalar
Öncelikle absorbans değerleri y ekseninde, derişim değerleri x ekseninde olacak şekilde bir (Abs. - Derişim) kalibrasyon eğrisi çizilir. Örnek için okunan değer abs. (y) ekseninde belirlenerek bu noktadan çizilen eğriye bir doğru çizilir. Bu doğrunun eğriyi kestiği noktadan ise mg/L (x) eksenine dik bir doğru çizilerek okunan absorbansa karşılık gelen mg/L değeri belirlenir.
Derişim okuma işlemi ölçülen her iki örnek içinde gerçekleştirilir. Daha sonra aşağıdaki denklem kullanılarak örneğin SO42- derişimi hesaplanır.
𝐶𝑆𝑂42− = 𝐵𝑆𝑂42−− 𝐴𝑆𝑂42−
Burada;
𝐶𝑆𝑂42− : Örneğin SO42- derişimi (mg/L)
𝐵𝑆𝑂42− : Örneğin ikinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO42- değeri (mg/L) 𝐴𝑆𝑂42− : Örneğin birinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO42- değeri (mg/L)
42 belirgin bir tuzluluk tadı oluşturmaya yeterlidir. Eğer klorür konsantrasyonu CaCl2 ve MgCl2
tuzlarından kaynaklanıyorsa 1000 mg/L gibi büyük bir konsantrasyonda bile suda tuzlu bir tad oluşturmaz. Kullanılmış sulardaki klorür içeriği, içme sularına nazaran çok daha fazladır.
Çünkü insan diyetinin temel maddelerinden olan tuz (NaCl) dışkı ve idrar vasıtasıyla atılır.
İnsan üresi ile birlikte günde kişi başına 6 g kadar klorür atılmaktadır. Yüksek oranda klorür içeren sular metalik borulara ve yapılara zararlıdır.
Dağlık alanlardaki su kaynakları çok düşük klorür konsantrasyonları içermektedir. Buna karşılık nehir ve yeraltı su kaynakları belli miktarlarda klorür konsantrasyonu içerir. Deniz ve okyanusların klorür seviyesi ise oldukça yüksektir. Doğal sularda klorür konsantrasyonu 5 ppm'i geçmezken deniz suyunda 19000 ppm klorür bulunabilir.
Klorür çevre mühendisliği araştırmalarında birçok alanda izleyici olarak kullanılır. Klorürün tayini için 4 yöntem geliştirilmiştir.
1-Arjantometrik Yöntem: Nispeten temiz ve klorür içeriği 0,15 ile 10 mg/L arasında olan numuneler için uygundur.
2-Civa Nitrat Yöntemi: Titrasyon dönüm noktası kolayca gözlenen basit bir yöntemdir.
3-Potansiyometrik Yöntem: Renkli ve bulanık atıksu numunelerindeki klorürü tayin için kullanılır.
4-Ferrisiyanid Yöntemi: Otomatize edilmiş bir klorür tayin yöntemidir ve birçok laboratuarda rutin analiz yöntemi olarak kullanılmaktadır.
Arjantometrik Yöntem
Nötr veya hafif alkali bir çözeltide, klorürün gümüş nitrat (AgNO3) ile titrasyonunun dönüm noktası potasyum kromat (K2CrO4) ile belirlenebilir. Titrasyon sırasında kırmızı gümüş kromat oluşmadan önce gümüş klorür çökelir.
43
Bir başka ifadeyle; Cl-, Ag+ ve CrO42- iyonları beraber bulunduğunda Önce AgCl bileşiği çöker, beyaz renktedir. Cl- iyonlarının tükendiği noktada, Ag2CrO4 çöker, turuncu-kırmızı renktedir.
Kullanılan Kimyasallar ve Malzemeler Distile Su
Potasyum Kromat İndikatör Çözeltisi (K2CrO4): 50 g potasyum kromat bir miktar distile suda çözülür. Belirli bir kırmızı çökelek oluşuncaya kadar gümüş nitrat (AgNO3) çözeltisi ilave edilir. 12 saat bekletilir. Çözelti daha sonra filtrelenir ve distile su ile litreye tamamlanır.
Standart Gümüş Nitrat (AgNO3) Titrantı 0,0141 N: 2,395 g gümüş nitrat (AgNO3) distile suda çözülür ve distile suyla 1 litreye tamamlanır. Kahverengi şişede saklanır ( 1 mL = 500 g Cl-).
Erlen, 250 mL Büret, 50 mL Deneyin Yapılışı
100 mL numune erlene alınır. pH değeri 7-10 civarında olan numuneler doğrudan titre edilir.
pH'ları bu aralıkta olmayan numunelerin pH'ları NaOH veya H2SO4 ile ayarlanmalıdır.
Numuneye 1 mL K2CrO4 indikatör çözeltisi ilave edilir. Standart AgNO3 çözeltisi ile pembemsi-sarı renkli dönüm noktasına kadar titre edilir. Şahit numune ile aynı titrasyon işlemi tekrarlanır. Şahit için olan AgNO3 sarfiyatı genellikle 0,2 - 0,3 mL kadardır.
Hesaplamalar
Klorür (Cl-) mg /L = (𝑉𝐴𝑔𝑁𝑂3−𝑉𝐵) 𝑁 35450 𝑁𝑢𝑚𝑢𝑛𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑚𝑖 (𝑚𝐿) VAgNO3 = Numune için harcanan gümüş nitrat, mL VB = Şahit için harcanan gümüş nitrat, mL
N = Gümüş nitrat çözeltisinin normalitesi
44 DENEY 9
RENK ve BULANIKLIK TAYİNİ Renk
Sulardaki renk, suda bulunan doğal metalik iyonların (demir ve mangan), humus, plankton, bitkiler ve endüstriyel atıklardan kaynaklanabilmektedir. Genel veya endüstriyel kullanım amaçlı, sulardaki renk giderilebilmektedir. Renkli endüstriyel atıksularda deşarj öncesinde mutlaka renk giderilmelidir. Bazı sanayilerin atıksularında bulunan kolloidal ve askıda maddeler o suyun rengini büyük ölçüde etkilemektedir.
Gerçek Renk: Atıksuda bulanıklık giderildikten sonra hala var olan renktir.
Zahiri Renk: Sadece renge sebep olan değil tüm askıda maddelerin oluşturduğu, filtrasyon veya santrifüj yapılmadan görülen renktir. Tüm durumlarda gerçek ve zahiri renk hesaplanmalıdır.
Renk, belirli bir dalga boyundaki ışığın çarptığı cisim tarafından soğurulması veya yansıtılması sonucu göze gelen kısmının algılanmasıdır. Doğal bileşiklerden dolayı sularda oluşan renk, suya zararlı veya toksik özellikler vermez. Doğal renk içeren sular sarı-kahverengi görünümdedir. Doğal sularda renk ölçümü için potasyum kloroplatinat (K2PtCl6) stok çözeltisinden hazırlanan standart serisi kullanılır.
Dalga boyu (λ): ışığın (foton parçacığı) ilerlerken yaptığı hareket olarak açıklanır ve aşağıdaki şekildeki gibidir. İnsan gözünün görebildiği dalga boyu aralığı ise 380 nm ile 800 nm arasındadır ve bu aralığa görünür bölge denir. Görünür bölge ışıması “Renk” olarak tanımlanır. Foton parçacığının dalga boyu aralığı aşağıdaki şekilde verilmiştir.
Şekil 9.1 Foton parçacığının dalga boyu aralığı
45
Frekans: Bir foton parçacığının 1 saniyede yaptığı dalga boyu devir sayısıdır. Bir fotonun frekansı arttıkça (dalga boyu azaldıkça) enerjisi artar.
Sudaki Rengin Dezavantajları:
- Estetik açıdan uygun değildir, tercih edilmez
- Alıcı ortamlara verilen boyalı sular biyolojik girişimlere, ışığa, sıcaklığa ve oksidasyona direnç gösterir
- Renk biyolojik olarak parçalanamaz ve canlılar üzerinde toksik etkide bulunur - Giderilme yöntemleri oldukça maliyetlidir
ANALİZ YÖNTEMLERİ