1
ÇEV205 ÇEVRE KİMYASI 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
LABORATUARDA İŞ SAĞLIĞI ve GÜVENLİĞİ Laboratuvar Güvenlik Kuralları ve Genel Prensipler
Laboratuvar sorumlusundan izin almadan laboratuvara girmeyin.
Laboratuvarda tek başınıza çalışmayın.
Ecza dolabının konumunu ve içeriğini öğrenin.
Laboratuvarda mutlaka uzun laboratuvar önlüğü ile önü ilikli olacak şekilde çalışın.
Laboratuvarda çalışırken eldiven kullanın.
Saçınız uzun ise mutlaka toplayın.
Takı ve aksesuarlarınızı çıkartın.
Laboratuvarda kapalı, rahat, düz ayakkabı giyin.
Laboratuvar ortamında çalışırken elinizde kesik, yara ve benzeri durumlar varsa bunların üzerini su geçirmez bir bantla kapatın.
Laboratuvarda yiyecek/içecek tüketmeyin ve gıda malzemelerini bulundurmayın.
Laboratuvar sorumlusunu öğrenin.
Çalışırken ellerinizi yüzünüze sürmeyin, ağzınıza herhangi bir şey almayın.
Laboratuvar sorumlusunun izni olmadan hiçbir madde ve/veya malzemeyi laboratuvardan dışarı çıkarmayın.
Laboratuvarda meydana gelen problemleri laboratuvar sorumlusuna bildirin.
Kullanıldıktan sonra her bir eşya, alet veya cihazı yöntemine uygun biçimde kapatın, temizleyin ve yerlerine kaldırın.
Atılacak katı maddeleri çöp kutusuna atın.
Laboratuvarda bulunan bütün kimyasallar tehlike içerir. Bu nedenle kesinlikle kimyasallara çıplak elle dokunmayın, tadına bakmayın ve koklamayın.
Katı haldeki maddeleri şişelerden daima temiz bir spatül veya kaşıkla alın. Aynı kaşığı temizlemeden başka bir madde almak için kullanmayın.
Şişelerin kapak veya tıpalarını değiştirmeyin.
Kimyasal maddeleri gelişi güzel birbirine karıştırmayın.
Laboratuvarda yapılan çalışmalar için özel bir defter tutun. Yapılan çalışma ve gözlemleri mutlaka bu deftere kaydedin.
3
Tüm asitler ve alkalileri sulandırırken daima asit ve alkaliyi suyun üzerine yavaş yavaş dökün, asla tersini yapmayın.
Kimyasalları taşırken iki elinizi de kullanın. Kimyasalları bir elinizle kapaktan sıkıca tutarken, diğer elinizle şişenin altından kavrayarak taşıyın.
Asit, baz gibi aşındırıcı yakıcı maddeler deriye damladığı veya sıçradığı zaman derhal bol miktarda su ile yıkayın.
4 Kimyasal Etiket Sembolleri ve Açıklamaları
5 Kişisel Güvenlik
Göz Banyosu
Göze herhangi bir kimyasal sıçraması durumunda ilk olarak var ise lensi çıkarın.
Göz iyice açılarak göz çukuru çok tazyikkli olmayacak şekilde su veya göz temizleme solüsyonu ile bolca yıkanır.
Laboratuvarda bulunan göz solüsyonlarının son kullanma tarihleri ve dolulukları sık olarak (3 ayda bir) kontrol edilmelidir
Laboratuvar Duşu
Her laboratuvarda mutlaka laboratuvar duşu bulundurun.
Duşlara kolay ulaşılabilirliği sağlayın. Kullanımı zorlaştıracak şekilde ulaşımı engellemeyin.
Duşların monte işleminde herkesin kolaylıkla kullanabileceği yüksekliğe ayarlayın.
6 Göz ve Yüz Koruyucuları
Gözünüzü toz, küçük parçacık ve kimyasal maddelerden korumak için genel amaçlı gözlük kullanın.
Gerekli durumlarda göz çevresini daha iyi saran tam korumalı koruyucu gözlük (dalgıç tipi gözlük) kullanın.El ve Kol Koruyucuları
Aşınmaya karşı dayanıklılığı ve mekanik koruması yüksek dirençli eldivenleri giyin.
7
Laboratuvar ortamında kimyasal malzemelerden korunmak için genel amaçlı nitril eldiven kullanın.
Yüksek riskteki kimyasal çalışmaların verdiği zararlardan korunmak için daha dayanıklı nitril eldiven kullanın.Vücut, Gövde ve Karın Bölgesi Koruyucuları
Laboratuvarda önlük giyin
Kimyasal Atıklar
Birbiri içerisinde karışmaması gereken kimyasallar
8 İlk Yardım
Ani olarak hastalanan veya kazaya uğrayan kimseye anında, olay yerinde ve çevre imkanlarından yararlanılarak yapılan, tıbbi olmayan geçici müdahaleye ilkyardım denir.
Kanama
Kanamalar iç ve dış kanama olmak üzere ikiye ayrılır.
İç kanamalar gözle görülemediklerinden, belirlenmeleri ve en kısa zamanda hastaneye ulaştırılmaları önemlidir.
Dış kanamalar ise gözle görülebilir ve durdurulma yöntemleri ile kontrol altına alınabilirler.
9 Dış Kanamaları Durdurma Yöntemleri
Parmakla (lokal) basınç
Basınçlı sargı
Yaranın üstünde yer alan damar köküne basınç
Kanayan kısmın kalp seviyesinde veya üzerinde tutulması
Turnike
Atelleme (Destekleme) Yaralanma
Sıyrık: Derinin sert ve pürtüklü bir yüzeye sürtünmesi sonucu oluşan yüzeysel yaralanmalardır. Sıyrıklar, varsa antiseptikle silinebilir yoksa sabunlu su ile yıkanıp kuru ve temiz tutuldukları sürece daha çabuk iyileşirler. Ancak, kirli veya ıslak bir iş yapılacaksa yara mutlaka kapatılmalıdır.
Kesik: Keskin ve düzgün yüzeyli nesne ile meydana gelir. Kesilmiş düzgün veya parçalı bir yara oluşur. Kesik yaranın kenarları antiseptikle silinir ve yara ağzı uç uca getirildikten sonra üzeri, steril gazlı bezle kapatılarak, yaralı hastaneye götürülür.
Yırtık / Kısmi Kopuk: Derinin bir parçası ya tamamen kopmuştur ya da küçük bir kısmı ile bağlı kalmıştır. Bu tip yaralanmalarda kısmen ya da tam kopmuş olan deri, yaranın üzerine, normal yerine yerleştirilmeli, daha sonra üzeri steril pansumanla kapatılmalıdır. Yaralı hemen hastaneye götürülmelidir.
Göz Yaralanmaları
Göze yabancı cisim kaçması: Yabancı cisim ( toz, kirpik vb) kornea üzerindedir veya gözkapağı altındadır. Bu durumda göz temiz su ile yıkanır. Eğer cisim göz kapağının altındaysa, göz kapağı ters çevrilerek pamuklu çubukla uzaklaştırılabilir.
Göze yabancı cisim batması: Batan cisimler çıkarılmaz, sabitlenir. Üzeri koni biçiminde bir malzeme ile kapatılır. Gözler birlikte hareket ettiğinden sağlam göz de kapatılmalıdır.
Yırtılmalar: Yaralı göz hemen steril gazlı bezle kapatılır, sağlam göz de kapatıldıktan sonra en kısa sürede hastaneye götürülmelidir.
Kimyasal Yanıklar: Tek ve ilk acil tedavi yıkamaktır. Yıkamak için her türlü temiz su kullanılabilir. Yıkama süresi en az 15 dakika olmalıdır. Daha sonra her iki göz de kapatılarak hastaneye ulaştırılır.
10
Isı yanıkları: Göz kapakları genellikle kapanır ve yapışabilir. O nedenle her iki göz yıkandıktan sonra ıslak pansumanla kapatılarak hastaneye götürülmelidir.
Yanık
1. Derece Yanıklar: Derinin sadece en üst tabakasının zedelendiği yanıklardır. Kızarıklık, gerginlik ve ağrı görülür. (Örn; güneş yanıkları)
2. Derece Yanıklar: Derinin üst ve değişen oranlarda alt kısmının etkilendiği yanıklardır.
Kızarıklık, gerginlik, ağrı ve su toplanması şeklinde belirtiler görülür.
3. Derece Yanıklar: Tüm deriyi kapsayan; derialtı dokularına, derin dokulara ve hatta
kemiklere kadar ulaşan yanıklardır. Şiddetli yanıklarda, yüzeysel sinir uçları ve kan damarları zedeleneceğinden, yanık alanda his kaybı olabilir.
Isı Yanıkları
Yanma sürecini sona erdirerek daha fazla yaralanmayı önlemek gerekir.
Asla yoğurt, salça, diş macunu, zeytinyağı vb. şeyler sürülmez.
En az 10 dakika soğuk suya tutulur.
Gerginliği azaltmak üzere yağlı krem veya ağrısını almak ve gerginliği azaltmak üzere yanık merhemi sürülebilir.
Geniş yanıklarda, kişi kendi içebilecek durumdaysa bol sıvı içirilir.
Kimyasal Yanıklar
Kuvvetli asit veya bazlarla meydana gelir. Çoğunlukla endüstri, laboratuvar veya fabrikalarda görülür. Sadece kimyasal maddeler değil onların oluşturduğu gazlar ve buharlar da kimyasal yanıklara (özellikle solunum yolunda) neden olurlar.
Kimyasal madde;
Kuru (Toz) ise: Toz kimyasal madde, önce bir fırça veya kuru bezle iyice vücuttan uzaklaştırılır, sonrasında bol akan su ile yıkanır.
Sıvı ise: Hemen etkilenen bölgedeki giysiler çıkarılır ve etkilenen alan basınçlı su ile en az 10 dakika yıkanır.
11
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. TEORİ
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. DENEYİN YAPILIŞI
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.
12 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. DEĞERLENDİRME 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.
13 DENEY 1
ÇÖZELTİ 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 = Çözünen ağırlığı
Çözelti ağırlığı x 100 şeklinde ifade edilebilir.
Örneğin ağırlıkça % 20'lik NaCl çözeltisi : 20 mg NaCl
100 𝑚𝑔 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖 veya 20 g NaCl
100 𝑔 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖 veya 20 kg NaCl 100 𝑔𝑔 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖
şeklinde olabilir
Böyle bir çözelti 20 ağırlık birimi NaCl'nin 80 ağırlık birimi 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 = Çözünen hacmi
Çözelti hacmi x 100 şeklinde ifade edilebilir.
Örneğin hacimce % 20'lik CH4O (Metanol) çözeltisi : 100 𝑚𝐿 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖20 mL 𝐶𝐻4O veya 100 𝐿 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖20 L 𝐶𝐻4O veya
20 cm3 𝐶𝐻4O
100 cm3 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖 şeklinde olabilir
Böyle bir çözelti 20 hacim birimi CH4O’nun 80 ağırlık birimi saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir.
14
Ağırlık-hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler: 100 Hacim birimi çözeltide kaç ağırlık birimi çözünen olduğunu gösterir. Aşağıdaki eşitlik ile,
Ağırlık Hacim yüzdesi = Çözünen ağırlığı
Çözelti hacmi x 100 şeklinde ifade edilebilir.
ifade edilebilir.
Örneğin hacimce % 20'lik KCl çözeltisi : 100 𝑚𝐿 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖20 mg KCl veya 100 𝐿 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖20 g KCl veya 20 𝑚𝑔 KCl 100 cm3 Çö𝑧𝑒𝑙𝑡𝑖
şeklinde olabilir
Böyle bir çözelti 20 ağırlık birimi KCL’nin 80 hacim birimi saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir.
Çözelti hazırlama işleminin adımları
Deneyin Yapılışı: Aşağıdaki tabloda Molar derişimleri ve hacimleri verilen çözeltilerin hazırlanması için gerekli madde miktarının hesaplanması yapılır. Katı maddelerden çözelti hazırlarken, hesaplanan miktar kadar kimyasal tartılır ve uygun hacimde balon jojeye eklenir.
Üstüne piset yardımıyla saf su eklenerek belirtilen hacme kadar tamamlanır. Çözelti homojen hale geldikten sonra balon joje üzerine gerekli bilgiler yazılır (hazırlanış tarihi, derişimi, kim tarafından hazırlandığı) ve çözelti buzdolabında saklanır.
Sıvı kimyasallardan çözeltiler hazırlanırken hesaplanan hacimde stoktan alınır. İçine bir miktar saf su konulan uygun hacimde balon jojeye stok çözeltiden hesaplanan miktarda alınan sıvı kimyasal eklenir, çalkalanır ve belirtilen hacme kadar saf su ile tamamlanır.
15 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 Örnek
1 – 100 mL 0,01 M NaCl çözeltisi hazırlama
𝑚𝑜𝑙 = 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑡𝑒 𝑥 𝐻𝑎𝑐𝑖𝑚 = 0,01 𝑀 𝑥 0,1 𝐿 = 0,001 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐶𝑙
𝐾ü𝑡𝑙𝑒 = 𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑘ü𝑙 𝑎ğ𝚤𝑟𝑙𝚤ğ𝚤 = 0,001 𝑚𝑜𝑙 𝑥 58 𝑔
𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000 𝑚𝑔
1 𝑔 = 58 𝑚𝑔 𝑁𝑎𝐶𝑙 58 mg NaCl balon jojeye eklenir ve saf su eklenerek 100 mL’ye tamamlanır.
2 – 0,1 M 250 mL H2SO4 çözeltisi hazırlama
𝑚𝑜𝑙 = 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑡𝑒 𝑥 𝐻𝑎𝑐𝑖𝑚 = 0,1 𝑀 𝑥 0,25 𝐿 = 0,025 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑆𝑂4
𝐾ü𝑡𝑙𝑒 = 𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑘ü𝑙 𝑎ğ𝚤𝑟𝑙𝚤ğ𝚤 = 0,025 𝑚𝑜𝑙 𝑥 128 𝑔
𝑚𝑜𝑙 = 3,2 𝑔 𝐻2𝑆𝑂4
𝐻𝑎𝑐𝑖𝑚 = 𝐾ü𝑡𝑙𝑒 𝑥 𝑌𝑜ğ𝑢𝑛𝑙𝑢𝑘 = 3,2 𝑔 𝑥 1 𝑐𝑚3
1,84 𝑔 𝑥 1 𝑚𝐿
1 𝑐𝑚3 = 1,74 𝑚𝐿 𝐻2𝑆𝑂4
𝑆𝑎𝑓 𝐻2𝑆𝑂4 ℎ𝑎𝑐𝑚𝑖 = 𝐺𝑒𝑟𝑒𝑘𝑙𝑖 ℎ𝑎𝑐𝑖𝑚 𝑥 1
𝑆𝑎𝑓𝑙𝚤𝑘 = 1,74 𝑚𝐿 𝐻2𝑆𝑂4 𝑥 1 10098
= 1,78 𝑚𝐿 𝐻2𝑆𝑂4
1,78 mL H2SO4 balon jojeye eklenir ve saf su eklenerek 250 mL’ye tamamlanır.
16
3 – 0,1 M H2SO4 çözeltisinden 0,025 M 100 mL H2SO4 çözeltisi hazırlama 𝑀1 𝑥 𝑉1 = 𝑀2 𝑥 𝑉2 = 0,1 𝑀 𝑥 𝑉1 = 0,025 𝑀 𝑥 100 𝑚𝐿
𝑉1 = 25 𝑚𝐿 𝐻2𝑆𝑂4
25 mL H2SO4 çözeltisibalon jojeye alınır ve saf su ile 100 mL’ye tamamlanır.
17 DENEY 2
ASİT- BAZ TİTRASYONU (VOLUMETRİK ANALİZ)
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 (Bir titrasyonda ayarlı maddenin titre edilen maddeyi tam olarak tükettiği nokta) 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
Eşdeğerlik noktasında nötralleşme reaksiyonunu esas alan titrasyon
Buna asidimetri-alkalimetri veya nötralleşme yöntemi de denir. Burada gerçekleşen olay, ortamda bulunan hidrojen (veya OH-) 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.
Nötralleşme 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 8.3 civarında renk değiştiren fenolftalein zayıf bir organik asittir ve asidik çözeltilerde renksiz, bazik çözeltilerde ise pembe renktedir.
18 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 Yapılışı
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’dir MAsit = NAsit/2
NA = Asit çözeltisini normalitesi, VA = Asit çözeltisinin hacmi, NB = Baz çözeltisinin normalitesi, VB = Baz çözeltisinin harcanan hacmidir
19 Örnek
Konsantrasyonu bilinmeyen H2SO4 içeren 50mL çözeltinin Normalitesini saptamak için fenolftalein indikatörü ile yapılan titrasyon işleminde kalıcı pembe oluşana kadar yapılan 0.1M NaOH çözeltisi sarfiyatı 5 mL’dir. İlgili asit çözeltisinin Normalitesi nedir?
Çözüm
MAsit x VA = MBaz x VB
(NAsit/2)*(50mL) = (0.1M)*(5mL) NAsit = 0.02 N
20 DENEY 3 KROMATOGRAFİ
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 ayırmak olanaklıdır. Kromatografide durgun faz, bir katı veya katı yüzeyine kaplanmış bir sıvı fazdır. Durgun fazın üzerinden akan hareketli faz ise bir gaz veya sıvıdır. Bir kalitatif 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. (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.
21
Hareketli faz: Bu faz daima bozunmayan ve reaksiyona girmeyen 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 yöntemi çevre mühendisliğinde bir çok organik ve anorganik maddenin tayininde (karbonhidrat, lipit, yağ asitleri, aminoasitler, proteinler ve türevleri, vitaminler) veya ayrıştırılan maddelerin saflıklarının kontrolünde başarıyla kullanılan bir metottur.
Kromatografi Çeşitleri
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)
22 3. Faz Tiplerine Göre
Sıvı kromatografisi
Sıvı-Katı kromatografisi Sıvı-Sıvı kromatografisi
Gaz kromatografisi
Gaz-Katı kromatografisi Gaz-Sıvı kromatografisi
Kromatografi yöntemi günümüzde gelişmiş cihazlar şeklinde, iyi sonuçlar veren ve çokça kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. Bu cihazlardan en önemlileri Gaz Kromatografi Cihazı (GC) ve Yüksek Performans Sıvı Kromatografi Cihazıdır (HPLC). Aşağıdaki şekillerde GC ve HPLC cihazları görülmektedir.
Gaz Kromatografi Cihazı Yüksek Performans Sıvı Kromatografi Cihazı Kullanılan Malzemeler:
Cam Kromatografi Kolonu
Ayırma Hunisi
Erlen Mayer
Cam Pamuğu
Stand
23 Kullanılan Kimyasallar:
Bazik Alüminyum Oksit (Al2O3)
Metilen Mavisi
Metil Oranj
Distile Su
Etil Alkol (% 95’lik)
Deneyin Yapılışı: Kolon olarak kullanılacak cam borunun alt ağzına cam pamuğu sıkıca kapatılır. Pamuğun üstünde 20 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.
24 DENEY 4
pH, İLETKENLİK VE CO2 TAYİNİ pH
pH ölçümü, su kimyasında en önemli ve en sık kullanılan testlerden biridir. pH çevre mühendisliğinde kullanılan birçok proseste sonuçlar ve verim üzerinde oldukça önemli rol oynar. Örneğin asit-baz nötralizasyonu, yumuşatma, çöktürme, kimyasal pıhtılaştırma, dezenfeksiyon, korozyon kontrolü pH’ın önemli olduğu proseslerdir. pH ayrıca alkalinite ve karbondioksit ölçümünde ve bir çok diğer asit-baz dengesiyle ilgili konuda kullanılan bir parametredir. Belli bir sıcaklıkta, bir çözeltinin asidik veya bazik özelliğinin şiddeti pH parametresiyle ifade edilir ve –log[H+] formülü ile hesaplanır.
Saf su 25 °C ‘ de ve denge halinde;
[H+][OH-] = Kw = 1.01 × 10-14 ve [H+] = [OH-] = 1.005 × 10-7
[H+] = Hidrojen iyonu molar konsantrasyonu, mol/L [OH-] = Hidroksil iyonu molar konsantrasyonu, mol/L
Kw = Su için iyonizasyon sabiti
Saf su 10-7 mol/L H+ iyonu içerir. Bu durum aynı şekilde saf suda 10-7 mol/L OH- bulunduğu anlamına gelmektedir. Saf suya [H+] = 10-2 olacak şekilde asit eklenirse, [H+][OH-] = Kw = 10-14 olduğundan [OH-] = 10-12 olur.
pH + pOH = pKw = 14
Yukarıdaki denklem pH arttığında, pOH’ın da ona bağlı olarak düştüğünü göstermektedir çünkü belirli bir sıcaklıkta pKw sabittir. Nötr pH değeri sıcaklığa bağlıdır ve 25 °C de pH = 7 nötr değerdir. Nötrallik 0° C de 7.5 ve 60 ° C de 6.5 değerlerinde gerçekleşir.
Doğal suların pH’sı genellikle 4-9 arasında olup bu suların büyük bir kısmı karbonat ve bikarbonatlar nedeni ile hafifçe baziktir.
25 pH Ölçümü
Elektrometrik pH tayininin temel prensibi; hidrojen iyonlarının standart hidrojen elektrodu ve bir referans elektrot yardımıyla potansiyometrik ölçülmesi esasına dayanır. Bu sistemin kullanımındaki zorluk nedeniyle ve diğer iyonlar ile girişim olmaksızın çalıştığı için çoğunlukla cam elektrot kullanılır. Cam elektrot sisteminde oluşan potansiyel fark, pH değeri ile lineer olarak değişmektedir. Cam elektrot ölçümü standart yöntem olarak kabul edilmiştir.
Elektrot (pH probu), pH – metre adlı cihazlara bağlı olarak kullanılır. pH-metreler normal olarak pH değeri bilinen tampon çözeltiler yardımıyla standardize edilmeli (kalibrasyon) ve periyodik olarak kontrolleri yapılmalıdır. Elektrot sisteminin standardize edileceği tampon çözeltiler pH metre üreticisi tarafından verilebileceği gibi laboratuarda da hazırlanabilir. Uzun aralıklarla yapılan ölçümlerde cihaz kullanılmadan önce kalibrasyonu yapılmalıdır.
Arazi çalışmaları için pille çalışan pH metreler çok uygundur. Ayrıca pH renk indikatörleri de arazi çalışmalarında kullanılabilir.
Kullanılan Malzemeler ve Çözeltiler
pH-metre : pH-metreler; potansiyometre, cam elektrot, referans elektrot ve sıcaklık dengeleyiciden oluşur. Elektrotlar bir solüsyona batırıldığında devre tamamlanır ve cihaz potansiyometrik ölçümü yapar. Potansiyometri, indikatör elektrot (örneğin cam elektrot) ile uygun bir referans elektrottan (örneğin AgCl elektrodu) oluşan elektrokimyasal hücreden yüksek direnç varlığında potansiyel ölçülmesidir. Referans elektrot sabit elektriksel potansiyel sağlayan bir yarı hücredir. Yaygın olarak AgCl elektrotlar kullanılır. Cam elektrot, içinde sabit bir konsantrasyonda HCl veya tamponlanmış klorür solusyonu olan özel bir cam malzemeden yapılmıştır. Genellikle cam ve referans elektrotlar tek bir probda birarada bulunurlar.
Beher
Manyetik karıştırıcı
Distile su
Deneyin Yapılışı
pH değerleri ölçülecek olan asit veya baz çözeltileri beherlere alınır. Cihaz açıldıktan sonra pH probu saf su ile yıkanır ve numuneye daldırılır. Ölçüm sırasında numunenin homojenliği karıştırılarak sağlanır. Karbondioksit çıkışını azaltmak için yavaş karıştırılmalıdır çünkü numune içerisindeki karbondioksit derişiminin değişimi pH sonucunu etkiler. Ölçüm sonucu cihazdan okunur. pH değerinden faydalanılarak çözeltinin asit veya baz derişimi hesaplanır.
26 Grup No
HCl Çözeltisi
Grup No
NaOH Çözeltisi pH Asit Derişimi
(M) pH Baz Derişimi
(M)
1 5
2 6
3 7
4 8
Örnek hesaplama: pH = 3.2 olan HCl çözeltisinin asit derişimi;
pH = -log[H+] = 4.57 [H+] = 6.3 x 10-4
HCl bir kuvvetli asit olduğu için suda 100 % iyonlaşır. HCl derişimi 6.3 x 10-4 M’dır.
HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)
6.3 x 10-4 M 6.3 x 10-4 M İletkenlik
İletkenlik su kalitesinin ve saflığının belirlenmesinde kullanılan önemli parametrelerden biridir. İletkenlik, bir su numunesinin elektrik taşıyabilme özelliğinin sayısal ifadesidir. Bu parametre sudaki iyonik türlerin toplam konsantrasyonuna, hareketliliğine, değerliklerine ve ölçüm sıcaklığına bağlı olarak değişir. İnorganik bileşiklerin çözeltileri iyi iletkenlik özelliği gösterirken, suda çözünmeyen organik bileşiklerin akım iletme özelliği çok zayıftır. Su içindeki H+ and OH- iyonlarından dolayı çok az bir iletkenlik vardır. Bu iletkenlik ölçeğinin başlangıcı olarak kabul edilir.
Uluslararası Birimler Sistemi’ne (SI) göre direnç birimi ohm’un tersi Siemens (S)’dir ve iletkenlik birimi olarak milisiemens/metre (mS/m) kullanılır. Bunun yanında µmho/cm ‘de iletkenlik birimi olarak kulllanılmaktadır.
1 mS/m = 10 µmho/cm 1 µS/cm = 1 µmho/cm
27
Laboratuvarda hazırlanmış bir distile suyun iletkenliği genel olarak 0,5 – 3 µmho/cm’dir.
Zamanla havadaki karbondioksitin absorblanması ile bu değer 2 – 4 µmho/cm olur. İçme sularının iletkenliği genelde 50 – 1500 µS/cm arasında değişir, kirlilik arttıkça iletkenlik de artar ve bazı endüstriyel atıksularda iletkenlik 10000 µmho/cm’in üzerinde olabilir.
İletkenlik ölçümlerinin sıklıkla kullanıldığı durumlar şunlardır:
Su içerisindeki toplam iyon konsantrasyonunun kimyasal denge, bitki ve hayvan fizyolojisi, korozyon oluşumu vb. üzerindeki etkileri değerlendirilebilir.
Distile ve deiyonize suların mineral içeriği takip edilir.
Ham su ve atıksu numunelerinin çözünmüş mineral konsantrasyonları izlenir.
Genel kimyasal analizlerde kullanılacak numune miktarının tespit edilmesi ve analiz sonuçlarının kontrolü yapılabilir.
İletkenlik değeri ampirik faktörlerle (0,55 – 0,90) çarpılarak sudaki toplam çözünmüş madde konsantrasyonu (mg/L) tahmin edilebilir.
Bazı sularda iletkenlik (µmho/cm olarak) değeri 0,01 ile çarpılarak meq/L olarak katyon veya anyonların toplamı tahmin edilebilir.
İletkenlik Ölçümü
Günümüzde iletkenlik ölçümü Wheatstone köprüsü prensibi ile çalışan otomatik iletkenlik ölçerlerle (kondüktometre) yapılmaktadır. Bu cihazlarda bulunan iletkenlik hücrelerinde genelde platin elektrotlar bulunur. İletkenlik ölçerlerin kalibrasyonu 0,01 M standart KCl çözeltisi ile yapılır. 25 C’de bu çözeltinin iletkenliği 1413 µmho/cm’dir.
İletkenlik ölçümü 25 C’de yapılır. Sıcaklık artışı iletkenliği artırmaktadır. Herhangi bir sıcaklıkta ölçülen elektriksel iletkenlik değerinin, 25 C’deki standart değere çevrilebilmesi için tablolardan alınan sıcaklık çevrim faktörüyle çarpılması gerekmektedir. İletkenlik- ölçerler bu işlemi otomatik olarak yaparak, sıcaklık düzeltmesi yapılmış olarak sonuç verir.
Kullanılan Aletler ve Çözeltiler İletkenlik-ölçer (Kondüktometre) Beher
Saf su
28 Deneyin Yapılışı
Numune bir behere alınır. İletkenlik-ölçerin probunun temiz olduğundan emin olunmalıdır.
Gerekirse saf sudan geçirilir. Prob numuneye birkaç kez daldırılıp çıkarılarak numune ile ıslatıldıktan sonra numune içerisinde bekletilir ve ölçüm değeri cihazdan okunur. İletkenlik ölçüm değerleri kullanılarak toplam anyon-katyon ve toplam çözünmüş madde konsantrasyonları tahmin edilir.
Grup No İletkenlik
(µS/cm)
Toplam anyon-katyon (meq/L)
Toplam çözünmüş madde (mg/L) 1
2 3 4 5 6 7 8
Örnek hesaplama:
İletkenlik = 658 µS/cm
∑ Anyon = ∑ Katyon = 658 x 0,01 = 6.58 meq/L TÇM = 658 x 0,75 = 493,5 mg/L
Karbondioksit (CO2)
Karbondioksit kokusuz, renksiz ve hafif asit tadında bir gazdır. Havadan daha ağırdır (odanın önce yere yakın olan bölümünde birikir) ve boğucu bir gazdır. Karbondioksit atmosferde çok düşük konsantrasyonda (0,03 – 0,06 %) bulunan bir gazdır.
Genel olarak yüzey sularında 10 mg/L’den daha az miktarda serbest CO2 bulunurken bazı yeraltı sularında daha yüksek derişimler görülebilir. Suda bulunan CO2 genellikle organik maddelerin aerobik veya anaerobik bozunmalarından ve suda yaşayan hayvan ve bitkilerin solunumlarından suya karışır. Sudaki CO2 içeriği ciddi şekilde korozyona neden olur.
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
29
Suda gaz halinde bulunan karbondioksite serbest CO2; karbonat ve bikarbonat halinde bulunan karbondioksite bağlı CO2 denir.
Suda bulunan serbest CO2 tayini için “nomografik yöntem” ve “titrimetrik yöntem” standart yöntemlerdir. Titrimetrik yöntemde titrasyon potansiyometrik olarak veya fenolftalein indikatörü kullanılarak yapılabilir. Titrant olarak ise NaOH kulllanılır. Bunların yanında titrimetrik yöntemi esas alan, ticari olarak satılan hazır kitlerle de CO2 ölçümü yapılmaktadır.
Kullanılan Aletler ve Çözeltiler CO2 ölçüm kiti
Su numunesi Deneyin Yapılışı
23 mL numune ölçüm şişesine konur. Üzerine 1 damla fenoolftalein indikatörü eklenir. Sonra sodyum hikroksit 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
30 DENEY 5 ALKALİNİTE
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. Örneğin, anaerobik çürütücülerin uygun bir şekilde işletilebilmesi için önerilen üst sıvı alkalinite değeri 2000-4000 mg CaCO3/L arasında olması tevsiye edilmektedir. Alkalinite ölçümü için yapılan titrasyon da pH dönüm noktalarına göre iki tür alkaliniteden söz edilebilir.
- Fenolftalein alkalinitesi (FF); pH > 10 ise OH- , 10> pH > ise CO32- iyonları vardır.
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;
Titrasyon Sonucu Hidroksit Alkalinitesi Karbonat Alkalinitesi Bikarbonat Alkalinitesi
F=0 0 0 F
F<T/2 0 2F T-2F
F=T/2 0 2F 0
F>T/2 2F-T 2(T-F) 0
F=T T 0 0
F: Fenolfitalein Alkalinitesi T: Toplam Alkalinite
31 Kullanılan Araç ve Gereçler:
pH metre
Genel laboratuar cam malzemeleri
Kullanılan Kimyasallar:
0,1 N Standart sülfürik asit çözeltisi: derişik (%98’lik, yoğunluk: 1.84 g/cm3) sıvı asit çözeltisinden 2,8 mL alınıp bir miktar suya yavaşça eklenir. Sonra 1 litreye tamamlanır.
0.02 N Standart sülfürik asit çözeltisi: 200 mL 0,1 N H2SO4 çözeltisi 1 litreye tamamlanır.
Metil Oranj İndikatörü: 100 mg metil oranj katı 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 Yapılışı: 50 mL örnek alınır. Fenolftalein indikatörü (5 damla, daha az da eklenebilir) örneğe eklenir. 0,1 veya 0,02 N H2SO4 standart çözeltisi örneğe damlatılmaya başlanır.
Titrasyon öncesi pembe-kırmızı renk oluşursa, örnek, renksize dönünceye kadar titre edilir ve yapılan sarfiyat fenolftalein alkalinitesi sarfiyatı olarak kaydedilir. Eğer fenolftalein indikatörü ilave edildiğinde (titrasyon işleminden önce) renk dönüşümü olmuyorsa, numunede fenolftalein alkalinitesi yoktur demektir. Bu kez aynı karışım üzerine metil oranj indikatörü (5 damla, daha az da eklenebilir) ilave ederek bürette kalan yerden titrasyona devam edilir. Portakal renginden kırmızıya dönülen noktadaki sarfiyat toplam alkalinite sarfiyatıdır. Aşağıdaki hesaplamalar yukarıdaki tablodaki alkalinite değerlerinin tespiti için kullanılır.
Hesaplamalar:
F:Fenolfitalein Alkalinitesi (mg CaCO3/L) = (𝑉 𝑓𝑓) ∗ 𝑁 ∗ 50 ∗ 1000 𝑛𝑢𝑚𝑢𝑛𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑚𝑖 (𝑚𝐿)
T:Toplam Alkalinite (mg CaCO3/L) = (𝑉𝑓𝑓+𝑚𝑜) ∗ 𝑁 ∗ 50 ∗ 1000 𝑛𝑢𝑚𝑢𝑛𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑚𝑖 (𝑚𝐿)
Burada;
Vff ve Vff+mo = Numune için fenolftalein dönüm noktasına kadar ve titrasyonun en başından metil oranj dönüm noktasına kadar yapılan toplam H2SO4 sarfiyat hacmi
32 N = H2SO4’ün normalitesi
Örnek
Dereden alınan bir sıvı örneğinin alkalinitesi tespit edilmek istenmektedir. Bu doğrultuta, 50 mL sıvı örneği için 0.02 N H2SO4 çözeltisi ile titrasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve Fenolfitalein dönüm noktasına kadar yapılan titrant sarfiyatı 4 mL, bu noktadan Metil oranj indikatörü dönüm noktasına kadar yapılan titrant sarfiyatı ise 6 mL olarak saptanmıştır.
Dereden alınan örnekdeki alkalinite çeşitleri ve değerlerini mg CaCO3/L cinsinden saptayınız.
Çözüm:
𝑉 𝑓𝑓 = 4mL
𝑉𝑓𝑓+𝑚𝑜 = 4mL + 6mL = 10 mL
F:Fenolfitalein Alkalinitesi (mg CaCO3/L) = (4𝑚𝐿) ∗ 0.02 ∗ 50 ∗ 1000
50𝑚𝐿 = 80 mg CaCO3/L
T:Toplam Alkalinite (mg CaCO3/L) = (10𝑚𝐿) ∗ 0.02 ∗ 50 ∗ 1000
50𝑚𝐿 = 200 mg CaCO3/L Yukarıdaki tabloyu incelediğimizde
F<T/2 şartı oluştuğu görülmektedir. O zaman;
Hidroksit Alkalinitesi: 0 mg CaCO3/L
Karbonat Alkalinitesi 2F: 2*80 mg CaCO3/L = 160 mg CaCO3/L Bikarbonat Alkalinitesi T-2F: 200 - 160 = 40 mg CaCO3/L
33 DENEY 6 SERTLİK TAYİNİ TANIM
Sudaki sertlik, suyun sabunu çökeltme kapasitesinin bir ölçüsü olarak bilinmektedir. Sertlik genel olarak su içinde çözünmüş (2+) değerlikli katyonlar (Ca+2, Mg+2, Sr+2, Fe+2, Mn+2 ) ve bazı anyonlardan (HCO3-, SO4-2, Cl-, NO3-, SiO32-) kaynaklanmaktadır. Sabun, suda bulunan magnezyum ve kalsiyum iyonları tarafından çökeltilmektedir. Diğer çok değerlikli iyonlar da sabunun çökmesine neden olmaktadır ancak bu iyonlar genellikle organik bileşenler başta olmak üzere diğer bileşenlerle kompleks halindedirler. Bunların suda neden oldukları sertlik oldukça küçük ve miktar olarak belirtilmesi de oldukça zordur. Pratikte toplam sertlik kalsiyum ve magnezyum iyonları konsantrasyonlarının toplamı olarak ifade edilmekte ve birimi her bir litredeki miligram kalsiyum karbonat (mg/L CaCO3)olarak belirtilmektedir.
Sertlik sayısal olarak karbonat ve bikarbonat alkalinitesi toplamından büyük olduğunda;
toplam alkaliniteye eşdeğer olan sertlik miktarı ‘‘karbonat sertliği’’, sertliğin geri kalan kısmı ise ‘‘karbonat olmayan sertlik’’ olarak tanımlanır. Sertlik, sayısal olarak karbonat ve bikarbonat alkalinitesi toplamına eşit veya daha küçük ise tüm sertlik karbonat sertliğidir ve karbonat olmayan sertlik değeri yoktur. Sertlik değeri sıfır ve yüzlerce mg/L gibi geniş bir aralıkta olabilir. Bu durum analiz edilen su kaynağının yapısına göre değişmektedir.
Sular sertlik derecelerine göre aşağıdaki şekilde sıralanabilir;
mg CaCO3
/L
Sertlik Derecesi
0-75 Yumuşak
75-150 Orta sertlikte
150-300 Sert
300 ve üzeri Çok Sert
SERTLİK ÇEŞİTLERİ
Geçici Sertlik (Karbonat Sertliği)
-Ca +2 ve Mg +2 bikarbonatlardan kaynaklanmakta ve kaynatma ile giderilebilmektedir.
34
• Kaynatma işlemi reaksiyonu: Ca+2 + 2HCO3- → CaCO3- ↓ + CO2 ↗ + H2O
• Sönmüş kireç ile yumuşatma reaksiyonu: Ca+2 + 2HCO3- + Ca(OH) 2 → 2CaCO3- ↓ + 2H2O Toplam Sertlik < Alkalinite Karbonat sertliği = Toplam sertlik
Toplam Sertlik (TS)> Alkalinite Karbonat sertliği (KS) = Alkalinite Kalıcı Sertlik (Karbonat olamayan Sertlik)
– Cl - , NO3- , SO4-2 , PO4-3 iyonlarından kaynaklanır. Kaynatma ile giderilemez.
Karbonat olmayan sertlik = Toplam sertlik - Karbonat sertliği Her iki sertlik toplam sertlik olarak adlandır.
Yalancı (Pseudo) Sertlik
- Na+ katyonlarından kaynaklanır, özellikle deniz suyunda bulunur.
SERT SULARIN DEZAVANTAJLARI;
- 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 SO42-
içerecek şekilde çözeltiler hazırlanır.
Kullanılan Cihaz ve Gereçler 1. Spektrofotometre 2. Kronometre
3. Manyetik karıştırıcı 4. Spatül
5. Balon joje, 100 mL'lik 6. Pipet
Deneyin Yapılışı
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)
