1
ÇEV205 ÇEVRE KĠMYASI I LABORATUVARI
DENEY PROGRAMI
1. Hafta: Deney Malzemelerinin Tanıtımı ve Grupların Oluşturulması 2. Hafta: Çözelti Hazırlama
3. Hafta : Asit- Baz Titrasyonu 4. Hafta: Kromatografi
5. Hafta: pH, İletkenlik ve CO2 tayini 6. Hafta: Alkalinite Tayini
7. Hafta: Sertlik ve Ca2+ - Mg2+ Tayini 8. Hafta: Ara Sınav
9. Hafta: Tatil
10. Hafta: Sülfat Tayini 11. Hafta: Klorür Tayini
12. Hafta : Renk ve Bulanıklık Tayini
13. Hafta: Alev Fotometresi ile Sodyum ve Potasyum Tayini 14. Hafta: Telafi
15. Hafta: Telafi
2
DENEY RAPORU YAZIM KILAVUZU
Deney raporları A4 kâğıda el yazısı ile tükenmez kalem kullanılarak yazılmalıdır. Deneyde öğrencinin adı soyadının, öğrenci no, grup no, tarih ve deney adının bulunduğu bir kapak sayfası mutlaka olmalıdır. Kapak sayfası olmayan raporlar kabul edilmeyecektir. Deney raporu genel olarak 7 kısımdan oluşur.
1. AMAÇ
Deneyin hangi amaçla yapıldığı ve deneyin yapılışında birden fazla yöntem varsa hangi yöntemin kullanıldığı ifade edilmelidir.
2. DENEYDE KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER Deneyde kullanılan aletler ve kimyasalların isimleri yazılmalıdır.
3. TEORĠ
Bu bölüme yazılanlar konunun temelini teşkil etmeli, konu hakkında gerekli bilgiler araştırılmalı ve gereksiz, tekrar bilgilerden kaçınılmalı sade ve net bir şekilde yazılmalıdır.
Deneyin çevre mühendisliği açısından önemi ve nerelerde kullanıldığı yazılmalıdır. Teori kısmı en az 2 sayfa olmalıdır.
Teori kısmı için kullanılacak olan kaynaklar güvenilir olmalı, internet kaynaklarından olabildiğince kaçınılmalı eğer kullanılacak ise güvenilir internet kaynakları kullanılmalıdır. Kitap, makale, dergi gibi yayınlar tercih edilmelidir.
Teori kısmı yazılırken alınan parçanın hangi kaynaktan geldiği belirtilmelidir.
Örnek:
Uçucu Organik Bileşikler tüm kentsel ve endüstriyel alanlarda atmosferde yer seviyesinde bulunan önemli hava kirleticileridir. Uçucu Organik Bileşikler sınıfına giren yüzlerce bileşik bulunmaktadır. UOB‟ler atmosferde gaz halinde bulunur ancak normal sıcaklık ve basınç altında sıvı veya katı halde olabilirler. Bu bileşikler 20ºC‟de buhar basıncı 760 tordan (101.3 kPa) küçük ve 1 tordan (0,13 kPa) büyük organik bileşikler olarak tanımlanabilir. UOB‟leri temsil eden diğer bileşik grupları hidrokarbonlar (HC‟s), reaktif organik gazlar (ROG‟s), metan olmayan uçucu organik bileşikler (NMUOB‟s)‟dir (Hester ve Harrison, 1995).
4. DENEYĠN YAPILIġI
Deneyin yapılış şekli laboratuarda uygulanan biçimiyle anlatılmalı, direk föyden alınmamalıdır. Laboratuar çalışması esnasında deneyin yapılışı ile ilgili öğrenilen bilgiler ve tartışmalara bu kısımda değinilmelidir. Ayrıca gerekiyorsa literatür taraması yapılabilir.
3 5. HESAPLAMALAR
Bu bölüme gerekirse deney esnasında yapılan, yapılmasına ihtiyaç duyulan hesaplamalar ve grafikler verilerek açıklamalarda bulunulur. Deney verileri açık bir biçimde verilmeli hesaplamalar bu veriler takibinde yapılmalıdır.
6. DEĞERLENDĠRME VE YORUM
Deney raporunun en önemli kısımlarından biri deneyin yorumlandığı kısımdır. Bu kısımda özellikle Çevre ve Orman Bakanlığının yayınlamış olduğu su ile ilgili mevzuatlar esas alınarak deneyde elde edilen verilerin yorumlanması ve çevre mühendisliği bakış açısı ile değerlendirilmesi gerekmektedir.
7. KAYNAKLAR
Deneyin özellikle teori kısmında başvurulan kaynaklar bir liste halinde raporun son sayfasında verilmelidir. Kaynak gösterilirken, Yazarın soyadını adı, kitabın adı basım yeri ve yılı sırasıyla verilmelidir.
Örnek:
Pluschke, P. Indoor Air Pollution, Springer, 2004, Western Europe.
4 DENEY 1
ÇÖZELTĠ HAZIRLAMA
Çözelti, iki veya daha fazla maddenin homojen bir karışımı olup, en az iki bileşenden oluşur.
Bileşenlerden biri çözücü, diğeri ise çözünendir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden miktarı az olana "çözünen", fazla olanına ise "çözücü" denir. Çözücü, genellikle çözeltinin fiziksel durumunu belirler. Çözeltilerin özellikleri,
Çözeltiler saydamdır.
Çözeltilerde (molekül veya iyonlar) görülmez.
Çözeltiler çökelti vermez.
Tanecikler, süzme ve bekletilmekle ayrıştırılamaz.
Küçük parçalar halindeki maddeler daha çabuk çözünür.
Karıştırma, çözünmeyi kolaylaştırır.
Çözeltiler 3 şekilde hazırlanabilir,
Ağırlık esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Ağırlık birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile,
Ağırlık yüzdesi = (Çözün ağırlığı/çözelti ağırlığı) x 100
ifade edilebilir. Örneğin % 20'lik NaCl çözeltisi demek 100 ağırlık birimi çözeltide (g, kg, mg, vb. olabilir) 20 ağırlık birimi NaCl var demektir. Böyle bir çözelti 20 g NaCl'in 80 g saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir.
Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi (mL, L, m3, vb. olabilir) çözeltide kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile
Hacim yüzdesi = (çözünenin hacmi/çözeltinin hacmi) x 100 ifade edilebilir.
Örneğin 30 mL hacmindeki bir maddeyi, uygun bir çözücüde çözerek çözelti hacminin tam 100 mL'ye tamamlanmasıyla % 30'luk bir çözelti hazırlanmış olur.
Ağırlık-hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile,
Ağırlık-hacim yüzdesi = (çözünenin ağırlığı/çözelti hacmi) x 100 ifade edilebilir.
5
Katı maddenin sudaki çözeltileri için bu derişim ifadesi kullanılır. Örneğin % 10'luk bir NaCl çözeltisi demek, 100 mL çözeltide 10 gram NaCl var demektir.
Çözelti hazırlama işleminin adımları
Deneyin YapılıĢı: Grup numarasına göre katı ve sıvı kimyasallardan belirtilen çözeltiler hazırlanır. Seyreltme aşamasında hazırlanan sıvı-sıvı çözeltilerden 3. kolonda belirtilen oranlarda seyreltme hazırlanır.
Grup
No Katı-sıvı Çözelti (250 mL’de) Sıvı-Sıvı çözelti (100mL’de)
Seyreltme (50mL)
1 0,1M NaCl 0,1M H2SO4 0,01 M H2SO4
2 0,05M NaCl 0,01M H2SO4 0,005 M H2SO4
3 0,1M NaOH 0,1M HCl 0,01M HCl
4 0,01 M NaOH 0,01M HCl 0,005 M HCl
5 0,005 M NaCl 0,5M H2SO4 0,1 M H2SO4
6 0,2 M NaOH 0,5M HCl 0,1M HCl
Na: 23 g/mol, Cl:35 g/mol, O:16 g/mol, H:1 g/mol, S: 32 g/mol Sülfirik asit için saflık, % 98, Yoğunluk: 1,84 g/cm3
Hidroklorik asit için saflık : % 37, Yoğunluk: 1,18 g/cm3
6 DENEY 2
ASĠT- BAZ TĠTRASYONU (VOLUMETRĠK ANALĠZ)
Titrasyon derişimi bilinen bir çözelti (standart çözelti) ile tepkimeye giren, derişimi bilinmeyen bir çözeltinin derişiminin belirlenmesidir. Titrasyon yönteminin analitik olarak kullanılabilmesi için, derişimi bilinmeyen çözelti ile standart çözelti arasında oluşan tepkimenin tam ve hızlı olarak gerçekleşmesi gerekir. Tepkimenin sonlandığı nokta eşdeğerlik noktası veya dönüm noktasıdır. Dönüm noktasının belirlenmesi için uygun belirteçler kullanılır. Tepkime dönüm noktasına geldiğinde belirteçler, oluşan tepkimenin çeşidine ve türüne göre ortamın rengini değiştirebilir, çökeleğin daha kirli görünmesine neden olabilir ve ortamdaki iyonların değişimi ile tanımlanabilir.
Eşdeğerlik noktasının belirlenmesinde aşağıdaki tepkimelerden biri gerçekleşir;
Nötralleşme
Çökelme
Kompleksleşme
Yükseltgenme ve indirgenme
EĢdeğerlik noktasında nötralleĢme reaksiyonunu esas alan titrasyon
Buna asidimetri-alkalimetri veya nötrleşme yöntemi de denir. Burada gerçekleşen olay, ortamda bulunan hidrojen (veya hidroksit) iyonunun, standart bir çözeltideki OH- (veya H+) ile tepkimeye girerek su meydana gelmesi işlemidir. Birçok organik ve inorganik bileşikler, bunların asidik veya bazik özelliklerinden yararlanılarak bu yöntemle tayin edilebilir.
Nötrleşme tepkimesinde dönüm noktasında, asitin eşdeğer kütle sayısı bazın eşdeğer kütle sayısına eşittir. Dönüm noktası, indikatör (belirteç) denilen ve belirli pH aralıklarında renk değiştiren organik boyar maddeler kullanılarak veya akımölçer, pH ölçer gibi aletlerle de belirlenebilir. Asit-baz titrasyonlarında kullanılan indikatörler, nötrleşme anında renk değiştiren zayıf organik asit ya da zayıf organik bazlardır. Örneğin, pH 7 civarında renk değiştiren fenolftalein zayıf bir organik asittir ve asidik çözeltilerde renksiz, bazik çözeltilerde ise pembe renktedir.
7 Kullanılan Araç ve Gereçler:
Büret, 50 mL‟lik
Erlen, 50 mL‟lik
Balon joje, 500 mL‟lik
Mezür
Pipet
Kullanılan Kimyasallar:
0,1 M NaOH çözeltisi
Fenolftalein çözeltisi
H2SO4 çözeltisi
Saf su Deneyin YapılıĢı
Derişimi bilinmeyen asit çözeltisinden 10 mL alınarak 50 mL‟lik erlen içerisine konur. 0,1 M NaOH 50 mL‟lik büret içerisine doldurulur. Erlenin içerisine 1-2 damla fenolftalein damlatılır ve titrasyon işlemine geçilir. Kalıcı pembe rengin gözlendiği ilk damlada titrasyon bitirilir ve harcanan NaOH hacmi okunur.
Hesaplamalar NA x VA = NB x VB
NA = M x TD
TD = H2SO4‟ün Tesir Değerliği 2 MAsit = NAsit/2‟dir.
NA = Asit çözeltisini normalitesi VA = Asit çözeltisinin hacmi NB = Baz çözeltisinin normalitesi VB = Baz çözeltisinin harcanan hacmi
8 DENEY 3 KROMATOGRAFĠ
Kromatografi, bir karışımdaki iki ya da daha fazla bileşenin, hareketli (taşıyıcı) bir faz yardımıyla, sabit (durgun) bir faz arasından değişik hızlarda hareket etmeleri ve farklı etkileşim tiplerine göre birbirinden ayrılmaları esasına dayanır.
Zaman
Kromatografik yöntemlerle, kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın bileşenlerden oluşan karışımları, tümüyle, kolayca ve kısa sürede ayırmak olanaklıdır. Kromatografide durgun faz, bir katı veya katı yüzeyine kaplanmış bir sıvı fazdır. Durgun fazın üzerinden akan hareketli faz ise bir gaz veya sıvı fazdır. Bir kantitatif analiz tekniği olan kromatografide amaç, anlamlı bir süre içinde iyi bir ayırma yapmaktır.
[Kantitatif (Nicel) (quantitative) analiz, bir karışım içerisindeki maddelerin miktarlarını ölçmek için yapılan analizdir. Kalitatif (Nitel) (qualitative) analiz ise karışımda neler olduğunu anlamak için yapılan analizdir.]
Kromatografi tekniğinin temelinde üç ana unsur yer alır.
Sabit faz: Bu faz daima bir "katı" veya bir "katı destek üzerine emdirilmiş bir sıvı tabakasından" oluşur.
9
Hareketli faz: Bu faz daima bir "sıvı" veya "gazdan" oluşur.
Sabit faz, hareketli faz ve karışımında yeralan maddeler arasındaki etkileşimin türü:
Kromatografide "yüzey tutunması veya adsorpsiyon" ile "çözünürlük" olguları temel etkileşim türlerini oluştururlar. Şayet sabit faz bir "katı" ise, karışımdaki maddelerle sabit faz arasında “yüzey tutunması (adsorpsiyon)" etkileşimi gerçekleşir. Eğer sabit faz “sıvı” ise çözünürlük etkileşimi gerçekleşir.
Kromatografi ÇeĢitleri
1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre 2. Uygulama Biçimine Göre 3. Faz Tiplerine Göre
1. Ayrılma Mekanizmalarına Göre
Adsorpsiyon kromatografisi
Partisyon kromatografisi
İyon değiştirme kromatografisi
Jel filtrasyon (Moleküler eleme) kromatografisi
İyon çifti kromatografisi
Afinite kromatografisi 2. Uygulama Biçimine Göre
Düzlemsel kromatografi
Kağıt kromatografisi
İnce tabaka kromatografisi (TLC)
Kolon kromatografisi
Gaz kromatografisi (GC)
Yüksek Performans sıvı kromatografisi (HPLC) 3. Faz Tiplerine Göre
Sıvı kromatografisi
Sıvı-Katı kromatografisi Sıvı-Sıvı kromatografisi
Gaz kromatografisi
Gaz-Katı kromatografisi Gaz-Sıvı kromatografisi
10 Kullanılan Malzemeler:
Cam Kromatografi Kolonu
Ayırma Hunisi
Erlen Mayer
Cam Pamuğu
Stand
Kullanılan Kimyasallar:
Bazik Alüminyum Oksit (Al2O3)
Metilen Mavisi
Metil Oranj
Distile Su
Etil Alkol (% 95‟lik)
Deneyin YapılıĢı: Kolon olarak kullanılacak cam borunun alt ağzına cam pamuğu sıkıca kapatılır. Pamuğun üstünde 6 cm yükseklikte olacak şekilde bazik alüminyum oksit eklenir.
Al203 burada sabit (durgun) faz olacaktır. Bu kolondan 2 adet hazırlanır. Kolona daha önceden hazırlanan ve içinde Metil Oranj ve Metilen Mavisi karışımı bulunan örnekten 5 mL eklenir.
Kolonların üst kısmına ayırma hunisi yerleştirilir. Ayırma hunilerinden birine distile su diğerine etil alkol konulur. Burada distile su ve etil alkol hareketli (yürütücü) fazdır. Ayırma hunilerinin muslukları açılarak sıvılar yavaş yavaş damlatılır. Kolon boyunca ayrışma gözlenir. Bu işlem birleşikteki bütün maddeler ayrılana kadar devam eder. Ayrılan maddeler farklı erlen mayerlere toplanır.
11 DENEY 4
pH, ĠLETKENLĠK ve CO2 TAYĠNĠ pH
pH bir çözeltinin asit veya baz olma özelliğinin şiddetini gösteren bir kısaltmadır. pH çevre mühendisliğinde kullanılan birçok proseste sonuçlar ve verim üzerinde oldukça önemli rol oynar. Örneğin çözelti hazırlamada, dezenfeksiyonda, kimyasal pıhtılaştırma ve yumaklaştırmada, sertlik gidermede ve korozyonun önlenmesinde. Doğal suların pH‟sı genellikle 4-9 arasında olup bu suların büyük bir kısmı karbonat ve bikarbonatlar nedeni ile hafifçe baziktir.
Sulu çözeltilerde H3O+ ve OH- derişimleri oldukça geniş sınır değerlerine sahiptir. 0,015 M HCl deki [H3O+] = 0,015 M‟dır. pH = - log [H3O+] olarak ifade edilir.
pH ölçümü;
Elektrometrik pH tayininin temel prensibi; hidrojen iyonlarının cam elektrot ve referans elektrotu yardımıyla potansiyometrik ölçülmesi esasına dayanır. Günümüzde hidrojen iyonu derişimi, hidrojen elektrodu ile hassas olarak ölçülebilmektedir. 1925 yılında keşfedilen cam elektrot, diğer iyonlar ile girişim olmaksızın hidrojen iyonu derişimine bağlı olarak potansiyel verir. Bu yüzden cam elektrot ölçümü standart yöntem olarak kabul edilmiştir. pH-metreler normal olarak pH değeri bilinen tampon çözeltiler yardımıyla standardize edilmeli ve periyodik olarak kontrol edilmeli ve periyodik olarak kontrolleri yapılmalıdır.
Arazi çalışmaları için pille çalışan pH metreler çok uygundur. Ayrıca pH renk indikatörleri de arazi çalışmalarında kullanılabilir.
Elektrot sisteminin standardize edileceği tampon çözeltiler pH metre üretici tarafından verilebileceği gibi laboratuarda da hazırlanabilir.
12 Ġletkenlik
İletkenlik su kalitesinin ve saflığının belirlenmesinde kullanılan önemli parametrelerden biridir. İletkenlik, bir su numunesinin elektrik taşıyabilme özelliğinin sayısal ifadesidir. Bu parametre sudaki iyonik türlerin konsantrasyonlarına, değerliklerine, taşınırlıklarına, nisbi konsantrasyonlarına ve ölçüm sıcaklıklarına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşikler iyi iletkenlik gösterirken, organik bileşikler çok zayıf bir akım geçiricilik kabiliyetine sahiptirler.
İletkenlik bir özelliktir. Bir çözeltinin iletkenliği sudaki iyonik türlerin konsantrasyonlarına, değerliklerine, taşınırlıklarına, nisbi konsantrasyonlarına ve ölçüm sıcaklıklarına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşikler iyi iletkenlik gösterirken, organik bileşikler çok zayıf bir akım geçiricilik kabiliyetine sahiptirler. Su içindeki H+ ve OH- iyonlarından dolayı çok az bir iletkenlik vardır. Bu iletkenlik ölçeğinin başlangıcı olarak kabul edilir.
İletkenlik ölçümü 25°C‟de yapılır. Isı arttıkça elektrik geçirgenliği de azalır. İletkenlik ölçüm birimi μS/cm‟dir. 1 μS/cm = 1 μmho/cm‟dir. Elektriksel iletkenlik, suda iyonize olan maddelerin toplam konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlıdır. Yeni damıtılmış suyun iletkenliği, 0,5–2 micromhos/cm‟dir. Zamanla havadaki karbondioksitin absorblanması ile bu değer 2–4 micromhos/cm olur. İçme sularının iletkenliği 50 – 1500 μS/cm arasında değişebilir, kirlilik arttıkça iletkenlik de artar ve bazı endüstriyel atıksularda iletkenlik 10000 μS/cm‟in üzerinde olabilir.
İletkenlik yardımı sudaki çözünmüş madde miktarının değişimi ve suyun kimyasal analizinin kontrolü de yapılabilir. İletkenliği ampirik faktörlerle çarparak (0,55–0,9) sudaki çözünmüş madde miktarı bulunabilir. Su analiz raporunun kontrolünde iletkenliğin 1/100‟ü ile meq/L olarak katyon ve anyon toplamının oranından faydalanılır. Kalsiyum, magnezyum değerleri toplamının, sodyum ve potasyum değerleri toplamından büyük olması halinde yukarıdaki oran 80–100 sınırına girmelidir. Eğer sodyum, potasyum değeri toplamı, kalsiyum magnezyum değerleri toplamından büyük ise oran 90–110 sınırındadır.
Analiz Yöntemi:
Enstrümental yöntem: iletkenlik hücresi ve Wheatstone köprüsü ile
Yöntemin esası: Elektriksel direnç birimi ohm‟dur. Bunun tersi olan iletkenliğin birimi ise mho‟dur. İletkenlik ölçümü, iletkenlik hücresi ve Wheatstone köprüsü yardımıyla yapılır.
Kullanılan hücredeki elektrotlar, iki adet platin elektrot olup yüzey alanları 1 cm2 ve aralarındaki uzaklık 1 cm‟dir. Hücre sabitleri, her hücre için değişik değerler olup, kontrolü standart potasyum klorür çözeltisi (0,01 M) ile yapılır. 25 oC „de bu çözeltinin iletkenliği 1413 micromhos/cm‟dir.
13
Hücre elektrotlarının platinlenmesi: Önce hücre yıkama asiti ile temizlenir. 1 gr platin klorür ve 0,012 gr kurşun asetat 100 mL damıtık suda çözülür. Elektrotlar bu çözeltiye daldırılır. 1,5 voltluk kuru pilin (-) kutbuna bağlanır, pilin (+) kutbu ise bir platin tele bağlanarak tel çözeltiye batırılır. Akım çok az miktarda gaz çıkacak şekilde ayarlanır. İki elektrot da platinle kaplanıncaya kadar elektrolize devam edilir. Platinlenen elektrotlar, kullanılmadıkları zaman, damıtık suda saklanmalıdır.
Standart çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan suyun 25 oC‟de iletkenliğinin 2 mikrosiemens‟den küçük ve pH‟nın 5,6 - 6,0 olması gerekir.
Deney Düzeneği
Kullanılan Aletler ve çözeltiler
İletkenlik ölçme aleti ( Kondüktivite aleti, EC) 0,01 M KCl çözeltisi
Deneyin YapılıĢı
Örnek 100 mL‟lik behere alınır. Hücre örneğe birkaç kez daldırılıp çıkartılarak elektronların numune ile ıslanması sağlanır. İletkenlik ölçüm cihazı ekranından okunan değer, hücre sabiti ve sıcaklık faktörü ile çarpılarak iletkenlik hesaplanır.
EC ( Elektriksel Kondüktivite aleti) ile iletkenlik ölçümü
Günümüzde iletkenlik ölçümü, Wheatstone köprüsü prensibi ile çalışan otomatik aletlerle yapılmaktadır. Bu aletlerde, iletkenlik değerini sıcaklık faktörüyle çarpılması otomatik olarak gerçekleşmektedir.
İletkenliği ölçülmek istenen numune beher içerisine konulur. Kondüktivite aletinin probu saf su ile temizlenip kurutulduktan sonra numune içerisine daldırılır. İletkenlik değeri µS/cm veya mS/cm olarak cihazın dijital göstergesinden okunur. Diğer numune ölçümlerine geçilmeden önce cihazın probu tekrar saf su ile temizlenip kurutulur.
Hesaplamalar
Herhangi bir sıcaklıkta ölçülen elektriksel iletkenlik değerinin 25 oC‟ deki standart değere çevrilebilmesi için tablolardan alınan sıcaklık çevrim faktörüyle çarpılması gerekmektedir.
Birçok cihazda bu işlem otomatik olarak yapılmaktadır.
Su kalite analizlerinde, iletkenliği ölçmek diğer parametreleri ölçmekten daha kolay ve pratiktir. Su numunesinin tuzluluk ve çözünmüş katı madde içeriği iletkenlik değerinden yaklaşık olarak aşağıdaki eşitliklerle belirlenebilir.
14 CO2
Karbondioksit kokusuz, renksiz, hafif asit tadında bir gazdır. Havadan daha ağırdır (odaların önce yere yakın olan bölümünde birikir) ve boğucu bir gazdır. Karbondioksit atmosferde çok düşük konsantrasyonda (% 00,3 – 00,6) bulunan bir gazdır. Alevi ve her çeşit yanmayı söndürür, engeller.
Sudaki serbest karbondioksit, genellikle organik maddelerin aerobik veya anaerobik bozunmalarından ve suda yaşayan hayvan ve bitkilerin solunumlarından suya karışır. Suyun asitlerle kirlenmesi, sudaki karbonat, bikarbonat ve karbondioksit arasındaki dengeyi bozar ve serbest karbondioksit meydana gelmesine neden olur.
CO2 + H2O HCO3-
+ H
Hava ile dengede bulunan su içerisinde 0,07 mg/L kadar karbondioksit vardır. Genel olarak yüzey sularında 10 mg/L den daha az miktarda karbondioksit korozif etki gösterir. Sudaki dengedeki karbondioksit derişimi sıcaklıkla orantılı olarak değişir.
Suda gaz halinde bulunan karbondioksite serbest CO2, karbonat ve bikarbonat halinde bulunan karbondioksite, bağlı karbondioksit denir.
Deney Düzeneği
Kullanılan Aletler ve çözeltiler CO2 ölçüm kiti
Atıksu numunesi Deneyin YapılıĢı
23 mL atıksu numunesi ölçüm şişesine eklenir. Üzerine 1 damla fenolftalein indikatörü konur.
Daha sonra sodyum hidroksit çözeltisi damla damla sayılarak eklenir. Her damladan sonra ölçüm şişesi yavaşça çalkalanır. Bu işlem numunenin rengi 30 saniye boyunca açık pembe renkte kalıncaya kadar devam ettirilir.
Hesaplamalar
CO2 mg/L = Damla sayısı x 1,25
15 DENEY 5 ALKALĠNĠTE
Alkalinite, suyun asit nötralize etme kapasitesidir. Alkalinite, öncelikle sudaki karbonat, bikarbonat ve hidroksil içeriğinin bir fonksiyonudur. Ayrıca; borat, fosfat, silikat ve diğer bazlar alkaliniteye katkıda bulunurlar. Yüzey sularında alkalinitenin kaynakları Karbonat (CO32-
), Bikarbonat (HCO3-
), Hidroksit (OH-), Zayıf asitler; Borat (BO33-
), Fosfatlar (PO43-
, HPO42-
) ve silikatlardır (SİO44-). Çevre Mühendisliğinde alkalinite verileri; koagülasyon, tamponlama, endüstriyel arıtma, su yumuşama, korozyon kontrolü gibi konularda özellikle önemlidir. Alkalinite ölçümü için yapılan titrasyon da pH dönüm noktalarına göre iki tür alkaliniteden söz edilebilir.
- Fenolftalein alkalinitesi (FF); suyun içinde OH- ve CO32-
iyonları varsa, suyun pH‟sı 10‟un üzerindedir. Titrasyon sırasında fenolftaleinin dönüm noktası olan pH 8,3‟e gelindiğinde örnek içinde aşağıdaki tepkimeler gerçekleşmiştir;
OH- + H+ → H2O CO32- + H+ → HCO3-
- Metil oranj alkalinitesi (MO) : pH = 8,3‟den, pH = 4,5 yani metil oranjın dönüm noktasına kadar gerçekleşen titrasyon sonucunda aşağıdaki tepkimeye göre HCO3-„lar karbonik asite dönüşür
HCO3- + H+ → H2CO3
- Toplam Alkalinite (TA) (TA=FF+MO) : Toplam alkalinite fenolftalein ve metil oranj alkalinitelerinin toplamı olarak ifade edilir.
Örnek içindeki alkalinite türleri titrasyonda dönüm noktalarında harcanan asit miktarlarından belirlenebilir;
Alkalinite türü
OH- FF=TA
CO32- FF=1/2TA
OH- ve CO32- FF>1/2TA CO32-
ve HCO3-
FF<1/2TA HCO3-
FF=0
16 Kullanılan Araç ve Gereçler:
pH metre
Genel laboratuar cam malzemeleri Kullanılan Kimyasallar:
Standart sülfürik asit çözeltisi, 0,1 N: 2,8 mL derişik asit 1 litreye tamamlanır.
Standart sülfürik asit çözeltisi, 0.02 N: 200 mL 0,1 N H2SO4 çözeltisi litreye tamamlanır.
Metil Oranj İndikatörü: 100 mg metil oranj tozu 200 mL distile suda çözülür.
Fenolftalein indikatörü: 1 g fenolftalein disodyum tuzu önce 100 ml alkolde çözülür ve 100 mL distile su ilave edilir.
Deneyin YapılıĢı: 50 mL numune alınır. 0,1 N H2SO4 standart çözeltisi ile önce fenolftalein indikatörü (5 damla) eşliğinde kırmızı renkten renksize dönünceye kadar titre edilir ve sarfiyatı fenolftalein alkalinitesi sarfiyatı olarak kaydedilir. Eğer fenolftalein indikatörü ilave edildiğinde renk dönüşümü olmuyorsa, numunede fenolftalein alkalinitesi yoktur demektir. Bu kez aynı karışım üzerine metil oranj indikatörü (5 damla) ilave ederek bürette kalan yerden titrasyona devam edin. Portakal renginden kırmızıya dönülen noktadaki sarfiyat toplam alkalinite sarfiyatıdır.
Hesaplamalar:
Alkalinite (mg CaCO3/L) =
Burada;
V = Numune için harcanan H2SO4 hacmi N = H2SO4‟ün normalitesi
17 DENEY 6 SERTLĠK TAYĠNĠ
Sertlik su içerisindeki çözünmüş (+2) değerlikli metalik katyonlardan oluşur. Bunlar belirli anyonlarla (HCO3-
, SO42-
, Cl-, NO3-
, SiO3) tepkime sonucu ısıl sistemlerde tabakalaşma meydana getiriler.
Bir suyun sertliği içindeki başlıca çözünmüş kalsiyum veya magnezyum tuzlarından ileri gelir.
Bunun yanında stronsiyum, demir iyonları, mangan iyonları doğal sularda sertliğe neden olan diğer katyonlardır.
Sularda toplam sertlik (TS) ; Kalsiyum ve magnezyum iyonu konsantrasyonlarına eşittir.
meq/L ya da mg/L CaCO3 şeklinde ifade edilir.
Toplam sertlik = Kalsiyum + magnezyum
Sularda kalıcı sertlik ve geçici sertlik olmak üzere 2 çeşit sertlik mevcuttur.
Geçici sertlik (Karbonat Sertliği (KS)); Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının bikarbonat türleri bu sertliğe sebep olur [Ca(HCO3), Mg(HCO3)]. Karbonat sertliği karbonat ve bikarbonat alkalinitelerine eşittir.
Kalıcı sertlik (karbonat olmayan sertlik (KOS) ); Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının klorür, nitrat, sülfat, fosfat gibi anyonlarla yaptığı bileşikler sebebiyle oluşan sertlik türüdür (CaSO4, MgSO4). Toplam sertlikten kalsiyum sertliğinin çıkarılmasıyla elde edilebilir.
Geçici sertlik bikarbonatlardan ileri geldiğinden, suların kaynatılması ile giderilir. Hâlbuki kalıcı sertlik kalsiyum ve magnezyum sülfat ve klorürden ileri geldiği için kaynatılmakla giderilemez.
Çeşitli sertlik birimleri vardır. Bunlardan en çok kullanılanları;
1 Fransız Sertliği = 10 mg/L CaCO3 1 Alman Sertliği = 17,8 mg/L CaCO3
1 İngiliz Sertliği = 14,3 mg/L CaCO3
18
Sular genel olarak sertlik derecesine göre aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi sınıflandırılabilir.
Tablo Suların sertlik derecesi ve CaCO3 (mg/L) ilişkisi mg CaCO3/L Sertlik Derecesi
0-75 Yumuşak
75-150 Orta sertlikte
150-300 Sert
300 ve üzeri Çok Sert
Toplam Sertlik = Kalsiyum sertliği + Magnezyum sertliği Eğer ;
Toplam Sertlik > Alkalinite Karbonat sertliği = Alkalinite
Karbonat Olmayan sertlik = TS - KS
Toplam Sertlik < Alkalinite Karbonat sertliği = Toplam sertlik Karbonat Olmayan sertlik = 0 Toplam Sertlik:
Prensip: Ca ve Mg içeren bir suya Eriochrome Black T gibi bir indikatör eklendiğinde suyun rengi PH 10 civarında şarap kırmızısına döner. Çözeltiye EDTA eklendiğinde EDTA, Ca ve Mg ile şelatlı kompleks oluşturarak çözelti rengini maviye doğru döndürür.
Kullanılan Kimyasallar Tampon Çözeltisi
a) 1,179 g EDTA disodyum tuzu ve 780 mg MgSO4.7H2O veya 644 mg MgCl2.6H2O, 50 mL damıtık suda çözülür. Bu çözeltiye 16,9 g NH4Cl ve 143 mL derişik NH4OH ilave edilir, karıştırılır, damıtık su ile 250 mL ye seyreltilir.
b) 67,5 g amonyum klorürü az miktarda damıtık suda çözülür. Buna 570 mL derişik NH3 ve 5,0 g EDTA‟nın magnezyum tuzu ilave edilerek damıtık su ile 1000 mL ye tamamlanır.
0,01 N EDTA Çözeltisi : 1,86 g EDTA damıtık suda çözülerek 1000 mL ye tamamlanır.
Çözelti kalsiyum tayininde anlatıldığı gibi 0,01 N CaCO3 çözeltisine karşı ayarlanır. .
0,01 N CaCO3 Çözeltisi : 0,5 g CaCO3 (1 + 1) HCl in en az miktarında tamamen çözülerek, damıtık su ile 1000 mL ye tamamlanır.
1 mL = l.00 mg CaCO3.
19
Erio Chrome 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.
Önleyici Reaktifler (İnhibitörler) : Numunede reaksiyonu engelleyici iyonlar varsa, son noktasındaki rengin kesin ve berrak olması için önleyici reaktifler kullanılır. (NH3 ve Fe gibi) I. Numuneye 0,25 g toz halde sodyum siyanür (NaCN) ilave edilir. Sonra pH değeri 10 ± 0,1 olarak düzeltilir.
II. 5,0 g Na2S.9H2O veya 3,7 g Na2S.5H2O, 100 mL damıtık suda çözülür. Reaktif şişesinin kapağı sıkıca kapatılır. Özellikle çözeltide ağır metal iyonları bulunduğu zaman son noktasının görülmesi, meydana gelen ağır metal sülfürler nedeniyle engelleyeceklerdir. Analiz 1 mL reaktif ilavesiyle yapılabilir.
III. 4,5 g hidroksilamin hidroklorür, 100 ml % 95 lik etil veya izopropil alkolde çözülür.
Deneyin YapılıĢı
25 mL su numunesi alınarak 50 mL‟ye seyreltilir.
1 mL tampon ve spatül ucu indikatör ilâve edilir.
0,01 N EDTA çözeltisi ile renk kırmızıdan maviye dönene kadar titre edilir.
EDTA ve tuzları alkali metal katyonları ile kompleks teşkil ederler. Tampon çözeltisinin ilavesinden sonra titrasyon 5 dakikalık bir süre içinde yapılmış olmalıdır.
Eğer dönüm noktası kesin gözlenemiyorsa bozucu etkileri gidermek üzere inhibitörden de 1 mL ilâve edilmelidir.
Hesaplamalar M1 x V1 = M2 x V2
İpucu: Buradan örneğin molaritesi bulunur. Molariteden mg/L CaCO3 olarak sertlik hesaplanır.
Kalsiyum (Ca2+ Tayini)
Prensip: Ca ve Mg 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 PH12-13 civarında tüm kalsiyum EDTA ile birleştiğinde renk değişimi oluşturur.
20 Kullanılan Reaktifler
1- EDTA (Etilen Diamin Tetra Asetik Asit) çözeltisi,0,01M 2- Kalsiyum klorür çözeltisi (CaCl2)
3- Sodyum Hidroksit ( NaOH, 1 N) çözeltisi
4- İndikatör (Müreksit (pembeden leylak moruna)veya Eriochrome Blue Black R (kırmızıdan mavi-mor renge))
EDTA Çözeltisi: 1,86 g EDTA damıtık suda çözülerek 1000 mL ye tamamlanır. 0,01 N CaCl2
çözeltisi ile standardize edilir.
Kalsiyum Klorür Çözeltisi: 0,5 g saf kalsiyum karbonat (CaCO3) (1+3)‟lük 10 mL HCl asitte çözülür. Damıtık su ile 1 litreye tamamlanır.
Kullanılan Gereçler 1- Büret, 50 mL‟lik 2- Beher, 200 mL‟lik 3- Balon joje, 1000 mL‟lik Deneyin YapılıĢı
10 mL numune içerisine 50 mL saf su, 1-2 damla sodyum hidroksit ve spatül ucu ile müreksit ilave edilir. İndikatör çözününceye kadar karıştırıldıktan sonra renk pembeden leylak moruna dönene kadar EDTA çözeltisi ile titre edilir. Titrasyon işlemi sırasında sarfiyatlar kaydedilir.
Gerekli hesaplamalar yapılarak kalsiyum miktarı tespit edilir.
Dikkat Edilecek Hususlar: Deneye başlamadan önce saf su kullanılarak blank (kör) numune hazırlanmalıdır.
Hesaplamalar
Hesaplamalar toplam sertlikte belirtilen şekilde yapılarak mg/L CaCO3 cinsinden kalsiyum sertliği bulunur. meq/L ye çevrilerek ifade edilir.
21 DENEY 7 SÜLFAT TAYĠNĠ
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 oluşturma eğiliminden dolayı önemlidir.
Sülfat tayin yöntemleri:
4- Gravimetrik Metot: BaCl2 ile SO42- asidik ortamda BaSO4 şeklinde çöktürülerek ağırlığından hesaplanır. 10 mg/L ve üzeri derişimlerde ölçüm için uygun bir metoddur.
5- 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.
6- Kolorimetrik Metot: Metil timol mavisi yardımıyla yapılan bir yöntemdir. Kısa süre içinde daha fazla örneğin ölçümünün yapılabilmesi için tercih edilen bir yöntemdir.
7- İyon kromatografisi: 0,1 mg/L gibi düşük değerleri ölçebilmesiyle sülfat tayininde kullanılan en iyi metotlardan biridir.
Bu deneyde sülfat tayini türbidimetrik (bulanıklık ölçüm) yöntem kullanılarak yapılacaktır.
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.
22
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 SO42-
içerecek şekilde çözeltiler hazırlanır.
Kullanılan Cihaz ve Gereçler
1. Fotometre ( Bulanıklık ölçer ya da Spektrofotometre ) 2. Kronometre
3. Manyetik karıştırıcı 4. Spatül
5. Balon joje, 100 mL'lik 6. Pipet
Deneyin YapılıĢı
Kalibrasyon Eğrisinin Hazırlanması : Önceden hazırlanan kalibrasyon çözeltilerine aşağıdaki işlemeler uygulanır.
Baryum Sülfat Bulanıklığının Oluşturulması : 10 mL kalibrasyonçözeltisi 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.
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.
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.
23
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.
Burada;
: Örneğin SO42- derişimi (mg/L)
: Örneğin ikinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO42- değeri (mg/L)
: Örneğin birinci ölçümünde kalibrasyon eğrisinden okunan SO42-
değeri (mg/L)
24 DENEY 8 KLORÜR TAYĠNĠ
Klorür (Cl-), tüm tabii ve kullanılmış sularda çok yaygın bir şekilde bulunan bir iyondur.
Doğada en fazla miktarda bulunan halojen olarak bilinir. Yeraltı sularına çözünme yolu ile ya da tuzlu su-tatlı su girişimleri sonucu katılabilir. Eğer sudaki klorür içeriği NaCl tuzundan ileri geliyorsa, 250 mg/L klorür konsantrasyonu suda 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 içermektedirler. Buna karşılık nehir ve yeraltı su kaynakları belli miktarlarda klorür konsantrasyonları 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.
Kullanılan Kimyasallar 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.
25
Standart Gümüş Nitrat (AgNO3) Titrantı 0,0141 N: 2,395 g gümüş nitrat (AgNO3) distile suda çözülür ve distile suyla 1 litreye tamamlanır. 0,0141 N NaCl çözeltisi ile standardize edilir ve kahverengi şişede saklanır ( 1 mL = 500 g Cl-).
Standart Sodyum Klorür Çözeltisi, 0,0141 N: 824 mg NaCl (140 °C de kurutulmuş) distile suda çözülür ve 1 litreye tamamlanır ( 1 mL = 500 g Cl-).
Standardizasyon
25 mL sodyum klorür çözeltisi erlen mayere alınır. Üzerine 1 mL potasyum kromat indikatörü eklenir. Büret gümüş nitrat çözeltisi ile doldurulur. Çözeltinin rengi kiremit kırmızısına dönene kadar işlem sürdürülür. İşlemin hesaplaması aşağıdaki gibidir;
Burada;
= NaCl‟nin normalitesi (N)
= NaCl örneğinin hacmi (mL) = AgNO3‟ün normalitesi(N)
= Titrasyon sonucu harcanan AgNO3hacmi (mL)
26 Deneyin YapılıĢı
Hesaplamalar
Klorür (Cl-) meq /L = VAgNO3 = Örnek için harcanan gümüş nitrat, mL VB = Kör için harcanan gümüş nitrat, mL N = Gümüş nitrat çözeltisinin Normalitesi NaCl (mg/L) = Cl x 1,65 (mg/L)
100 mL örnek alınır
Titrasyon işlemi: pH’sı 7-10 civarında olan numuneler doğrudan titre edilir.
pH'ları bu aralıkta olmayan numunelerin pH'ları NaOH veya H2SO4 ile ayarlanır.
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.
27 DENEY 9
RENK ve BULANIKLIK TAYĠNĠ Renk
Renk, belirli bir dalga boyundaki ışığın çarptığı cisim tarafından soğurulması veya yansıtılması sonucu göze gelen kısmının algılanmasıdır. Dalga boyu (λ) ise ışığın (foton parçacığı) ilerlerken yaptığı hareket olarak açıklanır ve aşağıdaki şekildeki gibidir.
Bir foton parçacığının dalga boyu 10-5 nm‟den 103 m‟ye kadar değişebilir. 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.
28
Frekans ise bir foton parçacığının 1 saniyede yaptığı dalga boyu devir sayısıdır. Bir fotonun frekansı arttıkça (dalga boyu azaldıkça) enerjisi artar.
Su ve atıksularda renk, metalik iyonlar (demir ve mangan), humus, planktonlar, bitki artıkları ve endüstriyel atıksular kaynaklı olabilir. Genel ve endüstriyel kullanımlarda kullanılan suların renksiz olması istenir. Renkli bir su içme suyu ve kullanım suyu olarak talep görmez.
Bunun nedeni renkli suların herhangi bir kirletici kontaminasyonuna maruz kaldığı ve kirli olduğu düşüncesidir.
“Renk” terimi bulanık olmayan gerçek renk manasında kullanılır. Bir suyun renkli olduğunu anlamak için bulanıklığının giderilmesi gerekmektedir. Atıksularda renk ölçümü görsel olarak, bilinen bir derişimde renge sahip bir su numunesiyle karşılaştırılarak yapılabilir. Karşılaştırma işlemi aynı zamanda bu işlem için özel olarak geliştirilmiş renkli cam diskler kullanılarak da yapılabilir. Cihaz kullanılarak yapılan renk ölçümleri ise spektrofotometre adı verilen ışıkölçer aletlerle yapılır. Bu cihazlar belirli kalibrasyon çözeltilerini baz alarak hazırlanan ve hafızasına kaydettiği kalibrasyon eğrisi ile örnek numuneden geçen ışığın miktarını oranlayarak sonuç verirler.
Kullanılan Araç ve Gereçler:
Spektrofotometre
Küvet
Kullanılan Kimyasallar:
Distile Su
Atık su
Kalibrasyon Çözeltileri (5, 3, 2, 1, 0,1 ppm metilen mavisi)
Deneyin YapılıĢı: Spektrofotometre cihazı 650 nm dalga boyuna ayarlanır. Kalibrasyon çözeltileri düşük derişimden büyük derişime doğru cihaza okutularak kalibrasyon eğrisi hazırlanır. Atıksu numunesi küvetin içinde hava kabarcığı kalmayacak şekilde küvete konur ve bulanıklık ölçere yerleştirilmeden önce küvetin etrafı parmak izi kalmayacak şekilde silinir.
Küvet cihaza yerleştirilerek renk ölçümü gerçekleştirilir. Eğer ölçülen numunenin absorbansı, kalibrasyon eğrisinin en büyük değerinden yüksekse cihaz “over range” (ölçüm aralığından yüksek) uyarısı verir. Bu nedenle numuneye yeterli derecede seyreltme uygulanır ve yeniden ölçüm gerçekleştirilir. Hesaplamalar yapılırken seyreltme oranı göz önünde bulundurulmalıdır.
29 Bulanıklık
Bulanıklık suda bulunan askıda katı maddelerin ışığın geçişini engellemesi olarak tanımlanır.
Bulanıklığa kil, silis, organik maddeler, inorganik maddeler ve mikroorganizmalar gibi suda askıda kalabilen maddeler neden olur. Bu maddeler koloidal büyüklüğünden, iri taneciklere kadar değişik tane büyüklüğünde olabilir. Nehir sularında bulanıklık çoğunlukla yüksektir.
Bunun asıl nedeni ise yağmur sonucu nehre taşınan topraktır. Göllerde ve diğer durgun sularda bulanıklık koloidal haldeki maddelerden dolayı olmaktadır. Ayrıca göller, evsel veya endüstriyel atıksular karışması sonucu organik kirliliğin nüfuz etmesi ve organik madde kullanımı sonucu hızla artan bakterilerin bulanıklığı artırması sonucu yüksek bulanıklık değerlerine ulaşabilirler.
Bulanıklık ölçümü temel olarak, numuneye gelen ışığın bulanıklık tarafından kırılması, yansıması, absorblanması veya dağılması prensibine dayanır.
Bulanıklığın ölçüsü, 1 litre suda çözülen 1 mg SiO2‟nin suya 1 bulanıklık birimi vermesi olarak tanımlanır.
1 bulanıklık birimi = 1 mg SiO2/L
Geçmişte, bulanıklığın standart ölçüm metodu Jackson mum türbidimetresine dayalı yapılırdı.
Fakat bu ölçüm yöntemi ancak 25 Jackson Turbidity Unit (JTU) üstünde ölçüm yapabildiği için günümüz suları için pek kullanışlı değildir. Günümüz kullanım suları 0 – 1 birim arasında bulanıklık içerdiği için yeni yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden en çok kullanılanı enstrümantal (cihazla ölçüm) bir yöntem olan elektronik nefelometrelerdir. Bu cihazların çalışma prensibi tek yönde gönderilen ışığın suda bulunan bulanıklıktan geçtikten sonra kalan kısmının ölçülmesi ve standart çözeltilerle karşılaştırılmasına dayanmaktadır. Enstrümantal ölçüm sonucu elde edilen bulanıklık değerleri Nephelometric Turbidity Unit [NTU] olarak ifade edilir. Bulanıklık değerleri NTU birimi ile belirlenmiş olmasına karşın TS 266 da JTU (Jackson Turbidity Unit) ya da buna eşdeğer olan mg/L SiO2 birimleri ile ifade edilmiştir.
Yerli ve yabancı literatürlerde bu iki bulanıklık birimi arasındaki bağlantıyı gösteren herhangi bir bilgi edinilememiştir. Sadece İller Bankası Laboratuarında yapılan bir çalışmada yaklaşık 1 NTU = ≈ 2,5 JTU = 2,5 mg/L SiO2 oranı saptanmıştır.
30
Bulanıklığın içme sularında üç ana önemi vardır. Bunlar estetik görüntü, filtre edilebilirlik ve dezenfeksiyondur.
Estetik Görüntü
İçme ve kullanma sularının bulanıklık içermesi kullanılırlığını azaltır. Bulanıklığın sularda bulunması suya herhangi bir kirliliğin karıştığı kaygısını yaratır. Kullanıcılar sularının berrak görüntüde olmasını isterler.
Filtre Edilebilirlik
Sudaki bulanıklık ne kadar fazla olursa suyun filtre edilebilmesi o kadar güçleşir. Buna ek olarak bulanıklığın yüksek olması filtre işlemi maliyetlerini artırır.
Dezenfeksiyon
Bulanıklık, mikroorganizmaların dezenfektan ile temas olasılığını düşüreceği için uygulanan dezenfeksiyon işleminin verimini düşürür. Bunun sonucu olarak istenilen dezenfeksiyon koşullarının sağlanması için daha fazla dezenfektan harcanmasına ve maliyetlerin artmasına neden olur.
Kullanılan Araç ve Gereçler:
Bulanıklık Ölçer Cihazı
Küvet
Kullanılan Kimyasallar:
Distile Su
Atık su
Kalibrasyon Çözeltileri
31
Deneyin YapılıĢı: Kalibrasyon çözeltileri kullanılarak cihazın kalibrasyonu gerçekleştirilir.
Atıksu numunesi küvetin içinde hava kabarcığı kalmayacak şekilde küvete konur ve bulanıklık ölçere yerleştirilmeden önce küvetin etrafı parmak izi kalmayacak şekilde silinir.
Küvet cihaza yerleştirilerek bulanıklık ölçümü gerçekleştirilir. Eğer ölçülen numunenin bulanıklığı, bulanıklık ölçer cihazının ölçüm değerinin üstündeyse numuneye yeterli derecede seyreltme uygulanır ve yeniden ölçüm gerçekleştirilir. Hesaplamalar yapılırken seyreltme oranı göz önünde bulundurulmalıdır.
32 DENEY 10
ALEV FOTOMETRESĠ ĠLE SODYUM VE POTASYUM TAYĠNĠ
Sodyum canlı hayatında yapı taşı olarak bilinen elementlerden biridir. Sodyumun dünya üzerindeki dağılımı yer kabuğunda % 2,5, toprakta % 0,02 – 0,62 arasında, akarsularda 6,3 mg/L ve yer altı sularında > 5 mg/L şeklindedir. Doğada silikat ya da sodyum tuzu şeklinde bulunmaktadır. Sodyumlu birleşikler kostik soda, tuz, gübre veya su arıtım kimyasalı şeklinde kullanılırlar. Sodyumun zararlı etkileri arasında, yüksek oranlarda toprağın geçirgenliğini etkilemesi vardır. İnsanlarda kardiyak (kalp) sorunlarına neden olabilir. İçme sularındaki derişimi 2 – 3 mg/L olması tavsiye edilir.
Sodyum gibi potasyumda bitki ve insan beslenmesinde ana elementlerden biridir. Yer altı sularında mineral çözünmesi sonucu ve zirai gübreleme sonucu, toprakta ise canlıların çürümesi, tuzlar ve yine zirai gübreleme ile besin döngüsüne katılır. Fazla sodyum alınması kalp ve böbreklere zarar vererek insan sağlığına etki eder.
Günümüzde daha çok alev atomik emisyon spektrofotometresi olarak isimlendirilen alev fotometresi nispeten eski aletsel analiz yöntemlerinden biridir. İlk olarak, bunsen alevinde renk veren bazı metalik elementlerin kalitatif olarak belirlenmesi amacıyla ortaya çıkmıştır.
Analitik yöntem olarak, atomik emisyon, çözeltideki eser metal iyonlarının belirlenmesi için hızlı, basit ve duyarlı bir yöntemdir. Alev plasmadaki gaz-faz atomlarından yayılan emisyon (ışıma) çok dar bir dalga aralığında gerçekleştiğinden ve özgün doğasından dolayı, bu yöntem diğer elementlerin girişiminden çok fazla etkilenmez. Analiz sonucunu etkileyecek büyüklükte girişim yapan madde yoksa sulu çözeltilerde metalin analizi için Alev fotometresi ile yapılan ölçümler % ±1-5 hassasiyete sahiptir.
Yöntem birçok metalik element için uygundur. Özellikle, Na, K, Ca, ve Ba gibi alevin nispeten düşük sıcaklıklarında kolaylıkla ışıma yapabilen yüksek enerji seviyelerine sahip metallik elementler için uygundur. Metal özelliği göstermeyen elementler alev de genellikle izole edilmiş nötral atomlar üretemezler. Bu yüzden alev fotometresinde belirlenemezler.
Alev fotometrisi kesin sonuçlardan çok o andaki deneysel şartlara bağlı olarak elde edilmiş değerler verir. Yani, elde edilen değerlerin doğruluğunda aletin kalibrasyonun iyi yapılmış olması temeldir. Çok farklı deneysel değişkenler alevden yayılan ışığın yoğunluğunu etkiler.
bu yüzden, doğru sonuçlar elde edebilmek için kalibrasyon çözeltilerin dikkatli hazırlanması ve aletin kalibrasyonun da dikkatlice ve sıklıkla yapılması önerilir.
33 Alev fotometresi (flame fotometer) ile ölçüm
Alev üzerine çözelti çok küçük damlacıklar halinde (sis şeklinde) püskürtülür. Alevin ısı etkisiyle, çözeltideki madde atomlarının elektronları uyarılır ve bu şekilde daha üst bir enerji seviyesine çıkar. Kararsız olan bu elektronlar, kararlı hale gelmek için eski enerji düzeylerine dönerken aradaki enerji farkını kendi atom numaralarına özgü dalga boyunda ışık olarak dışarı salarlar. Bu ışık, çözeltideki madde konsantrasyonuyla orantılıdır ve alev fotometresinde filtreler yardımıyla ölçülür.
Sodyumun alev fotometresinde yaydığı ışıma sarı renktedir ve dalga boyu 589 nm‟dir.
Potasyumun ise yaydığı kırmızı renkte ışıma yapar ve ışımanın dalga boyu 766,5 nm‟dir.
34 Deneyde Kullanılan Malzemeler ve Çözeltiler 1. Distile su
2. Standart NaCl çözeltileri (5, 10, 25, 50, 100 mg/L) 3. Standart KCl Çözeltileri (1, 5, 15, 25, 35 mg/L) 4. Alev Emisyon Fotometresi
5. 50 veya 100 mL‟lik Balon jojeler 6. 50 mL‟lik beherler
7. 5 veya 10 mL‟lik pipetler Deneyin YapılıĢı
Alev fotometresi çalıştırılır ve filtre ayarı Na‟ya getirilir. Alev fotometresinin kılcal borusunun içi saf su ile tamamen temizlendikten sonra 50 mL‟lik behere konulan ilk standart okutulur ve ekranda görülen değer kaydedilir. Tekrar kılcal boru saf su ile temizlendikten sonra ikinci standart okutulur. Bu işleme standartların tamamı okutuluncaya kadar devam edilir. Sonunda hazırlanan her standart değer için aletten okunan bir değer belirlenir. Son olarak örnek alev fotometresinde ölçülerek değer kaydedilir.
Aynı işlemler filtre ayarı değiştirilerek Potasyum (K) derişimlerinin okunması için tekrarlanır.
Hesaplamalar
Öncelikle Emisyon Değerleri (E.D.) y ekseninde, derişim değerleri x ekseninde olacak şekilde bir (Emisyon Değeri - Derişim) kalibrasyon eğrisi çizilir. Örnek için okunan değer E.D. (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 değere karşılık gelen mg/L değeri belirlenir.
