GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ GIDA

GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Yrd. Doç. Dr. Ali GÜNDOĞDU
Yrd. Doç. Dr. Cemalettin BALTACI
Yrd. Doç. Dr. Osman ÜÇÜNCÜ
GÜMÜŞHANE 2012
GENEL KİMYA LABORATUVARI–2 DENEY LİSTESİ
1. DENEY : ÇÖZELTİ HAZIRLAMA VE AYARLAMA




0,1 N HCl çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması
0,1 N NaOH çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması
0,1 N KMnO 4 çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması
0,01 M EDTA çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması
2. DENEY : GIDALARDA TİTRE EDİLEBİLİR ASİTLİK TAYİNİ
3. DENEY : EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ
4. DENEY : KMnO 4 İLE TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ
5. DENEY : DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) METODU İLE MOL
KÜTLESİNİN BELİRLENMESİ
6. DENEY : SIVI GIDALARDA ÖZGÜL AĞIRLIK TAYİNİ
7. DENEY : GIDALARDA NİŞASTA ARANMASI
8. DENEY : ERİME NOKTASI TAYİNİ
9. DENEY :
10. DENEY :
2
ÇÖZELTİ HAZIRLAMA VE AYARLAMA
ÇÖZELTİLER
İki veya daha fazla bileşenin birbirleri içersinde dağılarak oluşturdukları homojen
karışıma çözelti denir. Çözeltilerin bileşimleri homojenlikleri kaybolmaksızın sınırlı olarak
değiştirilebilir. Çözeltiyi oluşturan bileşenlerden genellikle miktarca fazla olana çözücü,
diğerlerine çözünen adı verilir. Çözücü ve çözünenin katı, sıvı veya gaz oluşana göre çözelti
tipleri Tablo 1’de görülmektedir.
Tablo 1. Çözücü ve çözünenin sıvı, katı ve gaz oluşuna göre çözelti türleri
Çözelti adı
Sıvı çözelti
Katı çözelti
Gaz çözelti
Örnek
Çözücü
Çözünen
Sıvı
Katı
Su – Tuz (NaCl)
Sıvı
Sıvı
Su – Etil alkol
Sıvı
Gaz
Su – CO2 (Meşrubatlar)
Katı
Katı
Bakır – Gümüş (Alaşımlar)
Katı
Sıvı
Çinko – Civa (Amalgamlar)
Katı
Gaz
Palladyum – Hidrojen
Gaz
Katı
Hava – Duman (Toz)
Gaz
Sıvı
Hava – Sis (Su zerrecikleri)
Gaz
Gaz
Azot – Oksijen (Hava)
Çözücü – Çözünen
Çözeltiler oluşturdukları homojen fazlara göre sıvı, katı ve gaz çözeltiler olarak
adlandırılırlar. Gaz çözeltiler yerine gaz karışımları terimini kullanmak daha uygundur.
Çözünme olayı, çözücü ve çözünenin homojen olarak karışması ile gerçekleşir. Bir
madde diğeri içinde çözündüğünde, çözünenin tanecikleri çözücü içersinde homojen olarak
dağıtılır ve çözünen tanecikleri, çözücü molekülleri arasında yer alır. Çözünme olayı aşağıdaki
adımların gerçekleşmesiyle olur:
Çözünen taneciklerinin birbirinden uzaklaşması (enerji gerekir)
Çözücü taneciklerinin çözüneni yerleştirmek üzere aralarında boşluk açmak için
birbirlerinden ayrılması (enerji gerekir)
Çözücü taneciklerinin çözünen taneciklerini çekmesi (enerji verir)
3
Şekil 1. Tam karışan ve tam karışmayan sıvılar
Şekil 2. Bir katı maddenin suda çözünmesi
Çözünürlük: Herhangi bir sıcaklıkta belirli miktar çözücüde çözünebilen madde
miktarına, o maddenin o koşullardaki "çözünürlüğü" adı verilir. Örneğin, oda sıcaklığında 20 g
glukoz 100 mL suda karıştırılırsa, glukozun tamamı çözünür. Ancak 300 g glukoz aynı şekilde
100 mL suya eklenirse bir miktarı çözünmeden kalacaktır. Bu koşullarda çözücü bu maddeyi
daha fazla çözemeyeceğinden bu çözeltiye "doymuş çözelti" denir.
Doymuş çözeltilerde;
Çözünensaf ↔ Çözünençözünmüş
dinamik dengesi vardır.
Çözünürlüklerine göre çözeltiler; doymuş çözelti, doymamış çözelti ve aşırı doymuş
çözelti olmak üzere üç kısımda incelenir. Derişimlerine göre ise çözeltiler; seyreltik çözelti ve
derişik çözelti olarak adlandırılırlar.
Doymuş bir çözelti için verilen çözünürlük değerinden daha az miktarda madde
bulunduran çözeltiler ise doymamış çözelti olarak adlandırılır. Örneğin 20°C'da 100 g suda 36
g'dan daha az NaCl çözünmesi ile hazırlanan çözelti, doymamış çözeltidir ve NaCl'ün hepsi
çözünür.
Diğer yandan, belli bir sıcaklıkta doymuş bir çözelti hazırlanıp, ardından sıcaklık
çözünürlüğün daha az olduğu bir değere getirildiğinde (genellikle sıcaklık düşürülür) genellikle
çözünenin fazlası çöker. Bu tür çözeltiler de aşırı doymuş çözeltiler olarak adlandırılır. Diğer
bir deyişle, eğer bir çözücü verilen koşullarda çözebileceği miktarlardan fazla madde çözmüş
ise, bu tür çözeltiler aşırı doymuş çözeltiler olarak tanımlanır.
Doymuş çözeltide çözünen madde miktarı, o maddenin o çözücüdeki çözünürlüğü olarak
belirtilir. Bir maddenin çözünürlüğü genellikle belirli bir sıcaklıkta 100 g veya 100 mL
çözücüde çözünebilen maddenin gram cinsinden ağırlığı olarak verilir.
NaCl (k)
Çözünen
Na+ (sulu) + Cl– (sulu)
Çözünmüş iyonlar
Örneğin sodyum klorür (NaCl)'ün sudaki çözünürlüğü 20°C da 36 g/100 mL'dir. Bu
ifadeden NaCl'ün verilen şartlarda 100 mL suda 36 g'dan daha fazla çözünmeyeceği anlaşılır.
4
Doygun hale gelmiş bu çözeltiye daha fazla NaCl ilave edildiğinde, ilave edilen NaCl çözeltide
çözünmeden katı halde kalacaktır (Şekil 3).
Şekil 3. Doygun ve doygun olmayan çözeltiler
Derişim (ya da konsantrasyon): Belirli miktarda çözelti yada çözücüde çözünen madde
miktarını gösteren bir ölçüdür. Derişimler çeşitli birimler ile ifade edilir. Bunlardan molarite
(M), normalite (N), molalite (m), mol kesri (x), kütle yüzdesi (% a/a) ve hacim yüzdesi (% h/h)
yaygın olarak kullanılan derişim birimleridir.
Yüzde Konsantrasyon
Yüzde kelimesi değişik anlamlarda kullanıldığından ağırlık, hacim veya ağırlık-hacim gibi
terimlerle açıkça ifade edilmesi gerekir. Aşağıda en çok kullanılan yüzde çözelti türlerinin tanımı
verilmiştir.
Kütlece Yüzde (a/a)
100 g çözeltide çözünmüş maddenin gram olarak miktarıdır.
u
u
Ço u
Ço u
u
u
Ço u u u
u
Örneğin, % 37`lik HCl çözeltisinin 100 gramında 37 gram HCl vardır. % 10`luk NaOH
çözeltisi hazırlamak için 10 g NaOH, 100-10=90 mL su alınarak içerisinde 10 g NaOH çözülerek
% 10`luk çözelti hazırlanmış olur.
Hacimce Yüzde (v/v)
100 mL çözeltide çözünmüş maddenin mililitre olarak miktarıdır.
u
Ço u
Ço
5
Hacim yüzdesi, genellikle sıvıların karıştırılmasında kullanılır. Tam 10 mL hacminde bir
sıvıyı bir çözücüde çözerek hacminin tam 100 mL`ye tamamlanmasıyla % 10`luk bir çözelti elde
edilir.
Kütle-Hacim Yüzdesi (a/v)
100mL çözeltide çözünmüş bulunan maddenin gram olarak miktarıdır.
u
u
Ço u
Ço
u
Molarite (M): 1 litrede çözünmüş maddenin mol miktarıdır;
n
V
: Çözünenin mol sayısı
: Çözeltinin hacmi (L)
Normalite (N): Litrede çözünmüş maddenin eşdeğer gram sayısıdır;
n
V
t
: Çözünenin mol sayısı
: Çözeltinin hacmi (L)
: Tesir değerliği
Molalite (m): 1000 g çözücüde çözünmüş maddenin mol miktarıdır;
n
M
: Çözünenin mol sayısı
: Çözücünün kütlesi (kg)
Mol kesri (x): Çözeltideki bileşenlerden birinin (çözücü ya da çözünenler) mol sayısının
toplam bileşenlerin mol sayısına oranıdır.
xA
nA
nT
: Çözeltide çözünen A türünün mol kesri
: Çözeltide çözünen A türünün mol sayısı
: Çözeltide mevcut tüm türlerin toplam mol sayısı
6
ppt, ppm ve ppb: Çok seyreltik çözelti konsantrasyonlarını belirtmede kullanılırlar. Bu
tür çözeltilerde çözünen bileşenler, molar ya da yüzde konsantrasyonla anlamlı bir şekilde ifade
edilemediğinde ppt, ppm ve ppb terimleriyle ifade edilirler.
ppt; binde kısım (part per thousand), ppm; milyonda kısım (part per million) ve
ppb’de; milyarda kısım (part per billion) olarak tanımlanır.
Katı madde içerisinde;
Sıvı çözeltide;
Ço u
Ço
Ço u
Ço
Ço u
Ço
DENEYSEL KISIM
0.1 N HCl Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması:
HCl primer standart bir madde olmadığı için önce yaklaşık 0.1 M çözeltisi hazırlanır ve
daha sonra primer standart bir maddeye karşı ayarlanır. Yaklaşık 0.1 M HCl çözeltisi
hazırlayabilmek için derişik HCl den 10 mL alınarak balon jojede litreye tamamlanır. Derişik
HCl’in molaritesi yaklaşık 10’dur.
HCl’in ayarlanmasında kullanılan primer standart madde Na 2CO3’tır. Saf Na2CO3
higroskopik olduğundan kullanılmadan önce kapalı bir krozede yarım saat kadar 260–270 °C’ye
ayarlı bir etüvde tutulur. Şayet kimyaca saf Na 2CO3 bulunmazsa bunu saf NaHCO3 kullanarak
hazırlamak mümkündür. Bunun için 5 g civarında NaHCO3 bir krozeye alınarak 1–1.5 saat 260–
270 °C de etüvde tutularak Na2CO3 a dönüştürülür.
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Gerek saf Na2CO3 gerekse NaHCO3’tan elde edilen Na2CO3 ısıtma işleminden sonra
desikatör içinde saklanır ve tartılırlar. Bu şekilde hazırlanmış Na 2CO3’tan 0.2–0.25 g’lık
numuneler 0.1 mg hassasiyette tartılarak 250 mL lik erlenlere alınır ve 100 mL saf suda çözülür.
Bu çözeltiye birkaç damla metil oranj indikatörü veya karışık indikatör (metil kırmızısı ve
metilen mavisi karışımı) damlatılarak 0.1 M HCl ile titre edilir. Titrasyon esnasında erlen sağ elle
tutularak çalkalanırken, büretin musluğu sol elle açılır ve damlalar halinde asit çözeltisi ilave
edilir. Çözelti renginin soluk portakal rengi olmasıyla büretteki titrant daha da yavaş damlatılır.
Son damlada görülen portakal kırmızı renk (karışık indikatörde ise yeşil olması) titrasyonun
7
sona erdiğini gösterir. Bu noktada büretteki asit çözeltisinin seviyesi dikkatle okunur ve
kaydedilir. Tayin 2 ya da 3 kez tekrarlanır.
Titrasyonda;
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
reaksiyonu cereyan eder. Bu denkleme göre 2 mol asit bir mol bazla reaksiyona girer. Na2CO3’ın
molekül kütlesi 106.00 g mol–1’dür. Na2CO3’ın tartılan kütlesinin 0.2320 g olduğunu ve bu
miktarı titrasyonda tamamen nötralleştirmek için 39.65 mL asit çözeltisi sarfedilmişse, asitin
gerçek molaritesini şu şekilde bulabiliriz:
(0.2320 g / 36.65 mL) x 1000 = 5.851 g L–1
5.851 g L–1 / 106.00 g mol–1= 0.0552 mol L–1 Na2CO3
Reaksiyon denkleminde 1 mol Na2CO3’a karşılık 2 mol HCl reaksiyona girmiştir. Buna göre;
0.0552 mol L–1 x 2 = 0.1104 mol L–1 yani 0.1104 M’dır HCl’nin gerçek molaritesi
0.1 M NaOH çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması:
NaOH ve KOH gibi çok higroskopik bazlar havada bırakıldıklarında nem ve CO 2 absorbe
ederler. Bu nedenle hidroksit parçacıklarının yüzeyi sodyum karbonatla kaplanır. Bu nedenle
NaOH çözeltilerinin karbonatsız olması gerekir. Karbonatsız sodyum hidroksit çözeltileri bazı
yöntemler uygulanarak hazırlanabilir.
Yaklaşık 1 g NaOH 250 mL lik bir balonjojede bir miktar saf su ile çözülür ve saf su ile 250
mL ye tamamlanır. Böylece yaklaşık 0.1 M NaOH çözeltisi hazırlanmış olur. Ayarlanması için ya
primer standart bir maddeye veya ayarlı bir asit çözeltisine karşı titre edilir ve gerçek molaritesi
bulunur. Genellikle ayarlı HCl çözeltisi bu maksatla kullanılır. İndikatör olarak da metil oranj ya
da karışık indikatör kullanılabilir. NaOH çözeltisinin rengi değişinceye kadar ayarlı HCl ile titre
edilir. Titrasyon sonunda;
Mbaz
bağıntısından molarite bulunur.
Verilen numunelerde HCl ve NaOH tayini HCl tayini için ayarlı NaOH, NaOH tayini içinde
ayarlı HCl çözeltisinden yararlanılır. Uygun indikatörler kullanılarak titrasyon sonucu tayin
edilir ve
bağıntısından da gerçek molarite bulunur. NaOH çözeltisi ayrıca primer standart madde
sınıfına giren potasyum hidrojen ftalat’la da doğrudan ayarlanabilir.
Asit-baz titrasyonlarından faydalanarak yapılan tayinlere nötralimetri demiştik. Ayarlı bir
baz çözeltisiyle asit miktarı tayinine asidimetri, ayarlı bir asit çözeltisiyle baz tayinine
alkalimetri denir.
8
0.02 M (veya 0,1 N) Permanganat çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması:
Potasyum permanganatın mol kütlesi 158.07’dir. Yaklaşık 0.02 M 1L çözeltisini
hazırlamak için; 0.02 x 158.07 = 3.161 g KMNO4 gereklidir. Ancak daha sonra primer bir
standarda karşı ayarlanacağı için yaklaşık 3.2 g kadar permanganat tartılır, az suda çözülür ve 1
L’ye tamamlandıktan sonra kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır. Kaynatılmadan bu sıcaklıkta
yaklaşık yarım saat bekletildikten sonra üzeri saat camı ile kapatılır ve bir gece bekletilir. Ertesi
gün cam pamuğundan süzülerek teşekkül eden MnO2 ve diğer katı parçacıklar uzaklaştırılır.
Çözelti renkli ve kapalı bir şişede saklanır.
Yaklaşık 0.02 M oalrak hazırlanan permanaganat çözeltisini ayarlamak için primer
standart madde olarak Na2C2O4, As2O3, KI, Ag, demir tel, H2C2O4.2H2O, K4[Fe(CN)6].3H2O
kullanılabilir. Burada sodyum okzalat (Na 2C2O4) ile ayarlanması anlatılacaktır. Sodyum okzalat
higroskopik (nem çekici) değildir ve kristal suyu da içermez. Saklanması sırasında herhangi bir
bozunma da olmaz. Bu nedenle kıymetli bir üniversal primer standart maddedir.
Yaklaşık molaritede hazırlanan permanganatı ayarlama için her ihtimale karşı 105 oC’de
etüvde 1.5–2 saat kadar kurutulmuş sodyum okzalattan hassas olarak 0.1–0.15 g civarında üç
ayrı tartım alınarak ayrı ayrı erlenlere konur. Tartımlar yaklaşık 50 mL saf suyla çözülür ve 10
mL 3 M H2SO4 ilave edilir. Su banyosunda 60˚C’de iyice karıştırılarak Na2C2O4’ın tamamen
çözünmesi sağlanır. Okzalatlı çözeltiye katalizör olarak küçük bir parça MnSO 4 kristali atılır.
Daha sonra KMnO4 çözeltisi bürete dikkatlice aktarılır, mL seviyesi kaydedildikten sonra
titrasyona başlanır.
Başlangıçta ilk damlaların rengi yavaş kaybolurken titrasyon sonuna doğru rengin
kaybolması yavaşlar. Bundan sonra titrasyona daha dikkatle devam edilir. Son damlanın rengi
kaybolmadan bir sonraki damla ilave edilmez. Şayet 30 saniye içerisinde renk kaybolmuyorsa
titrasyon tamamlanmış demektir. Büretten son sarfiyat okunur ve başlangıçtaki mL
seviyesinden çıkartılarak titrasyonda harcanan net hacim bulunur. Uzun süre bekleme ile
erlendeki permanganat rengi kaybolur. Bunun çeşitli nedenleri vardır. Önemli olan mor rengin
yaklaşık 30 saniye süreyle sabit kalmasıdır. Titrasyon esnasında meydana gelen reaksiyon
aşağıdaki gibidir:
2MnO4– + 5C2O42– + 16H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Dönüm noktası yanlışlıkla geçilirse, permanganatın fazlası ayarlı demir(II) çözeltisi ile
geri tire edilerek doğru sonuca varılabilir.
Yukarıdaki reaksiyon denkleminden yararlanarak permanganatın gerçek molaritesi
bulunabilir. Örneğin tartılan okzalatın 0.1445 g olduğunu ve titrasyon sonunda permanganat
sarfiyatının 21.0 mL olduğunu farzedelim. Buradan;
Na2C2O4 = 134.0 g mol–1 0.1445 x 1000 = 144.5 mg okzalat
144.5 mg / 134.0 g mol–1 = 1.078 mmol okzalat
Reaksiyona bakıldığında, 2 mol manganata karşı 5 mol okzalat reaksiyona girmiştir. Dolayısıyla
permanganatın mmol’ü,
1.078 mmol x (2/5) = 0.431 mmol’dür. Buradan da,
Permanganatın gerçek molaritesi; M = 0.431 mmol / 21.0 mL = 0.0205 molar olarak bulunmuş
olur. Permanganatın asidik artamdaki tesir değerliği 5 olduğundan normalitesi de 0,0205 x 5 =
0,1025 olarak hesaplanmış olur.
9
0,01 M EDTA Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması:
Ayarlı ETDA çözeltisini hazırlamak için sudan çok çözünen tuzu olan Na 2H2Y.2H2O Primer
standart madde olarak kullanılır. Bunun için madde etüvde 80 °C’de 2 saat süre ile kurutulur ve
desikatörde soğuması için bekletilir. Bu maddeden duyarlı olarak 3,7224 g tartılıp 1 L lik balon
jojeye konur. Önce az miktarda damıtık suda çözülür, daha sonra litreye tamamlanır. Eğer tam
olarak 3,7224 g tartmak mümkün olmazsa bu değere yakın ağırlıkta tartım alınır. Bunun, tuzun
molekül ağırlığı olan 372,242’ye bölünmesi ile çözeltinin molaritesi veya 186,121’e bölünmesi
ile normalitesi bulunur.
Hazırlanan EDTA çözeltisinin ayarından kuşku duyulduğunda bunu birincil standart bir
maddeye karşı ayarlanması gerekir. Birincil standart madde olarak 110 °C’de kurutulmuş saf
kalsiyum karbonat kullanılır.
Kalsiyum karbonat, kalsiyum klorür çözeltisine dönüştürülerek kullanılır. Bunun için 1
gram dolayında duyarlı olarak CaCO3 tartılır, 250 ml’lik bir beher alınır. Buna 10 ml saf su ve 5
ml 6 M HCl eklenip beherin ağzı hemen kapatılır. Tamamen çözünme sağlandıktan sonra çözelti
litrelik bir balon jojeye aktarılır. Beher saf su ile yıkandıktan sonra litreye tamamlanır. Bu
çözeltinin normalitesi,
ı
ı
uu
ı
Bu çözeltiden 25 mL’lik örnekler alınır. Bunlara 0,5 ml 6 N NH3, 1 mL tampon çözeltisi ve
25 mg dolayında toz indikatör (veya 5–6 damla indikatör çözeltisi) eklenir. EDTA ile gök mavisi
oluncaya kadar titre edilir. EDTA’nın normalitesi hesaplanır.
Tampon Çözeltisinin Hazırlanması: Titrasyon ortamında pH’ın yaklaşık 10 dolayında
olması gerekir. Bunun için bazik tampon çözeltisi kullanılır. Tampon çözeltisi hazırlamak için;
100 ml lik balon joje alınır.
İçersine bir miktar saf su konur.
İçersine, 6,75 g NH4Cl tartılarak konur.
58 mL derişik amonyak ilave edilir.
Seviye çizisine kadar saf su ile doldurulur.
10
GIDALARDA TİTRE EDİLEBİLİR ASİTLİK TAYİNİ
Gıdalarda, özellikle meyve ve sebzelerde titre edilebilir asitlik tayini iki yolla yapılabilir;
Potansiyometrik referans yöntem,
Renkli indikatörün kullanıldığı rutin yöntem.
Renkli ürünlerden bazılarıyla çalışılması durumunda, ikinci yönteme göre titrasyonun
dönüm noktasını tayin etmek zor olabilir. Bu nedenle böyle durumlarda ilk yöntemin kullanımı
tercih edilmelidir.
Potansiyometrik yöntemde, ayarlı sodyum hidroksit çözeltisi ile numunenin
potansiyometrik titrasyonu (bir pH metre ile) yapılır. Renkli indikatörün kullanıldığı rutin
yöntemde ise prensip, ortamda indikatör olarak fenolftaleinin varlığında numunenin ayarlı
sodyum hidroksit çözeltisiyle titrasyonudur. Ancak deneysel kısma geçmeden önce bir takım
teorik bilgilerin ve uygulamaların bilinmesi gerekir. Bu nedenle Volumetri ve
Potansiyometri’nin iyi bilinmesi gerekir.
VOLUMETRİK ANALİZ
Konsantrasyonu kesinlikle bilinen bir maddenin (standardın) çözeltisiyle,
konsantrasyonu bilinmeyen ve fakat hacmi bilinen bir maddenin çözeltisini kantitatif olarak
reaksiyona sokup bilinmeyenin konsantrasyonunu hesaplama işlemine titrimetrik analiz ya da
titrimetri denir. Bu analizde kantitatiflik, eşdeğerlik veya ekivalens noktasında titre edicinin
mol sayısıyla titre edenin mol sayısı arasında C1V1 = C2V2 şeklinde bir bağıntı vardır. Bu
bağıntıda C1V1 titre edicinin, C2V2 ise titre edilenin (bilinmeyen numunenin) mol sayısıdır. Bu
dört değerden C1, V1 ve V2 bilindiğinden, bunlar yardımıyla C2 hesaplanır. Böylece
konsantrasyonu
bilinmeyen
maddenin
konsantrasyonu
hesaplanır.
Maddenin
konsantrasyonundan da gerekirse maddenin miktarı veya yüzdesi hesaplanabilir.
Titrimetrik analizde konsantrasyonu kesinlikle bilinen çözeltiye, ayarlı veya standart
çözelti denir. Ayarlı çözelti titre edici olarak kullanılır. Titre edici olarak kullanılan böyle bir
çözeltiye titrant, titre edilen çözeltiye de titrand denir (ya da analit de denebilir). Titrant
çözeltisi genellikle bir bürete, titre edilenin (analit) çözeltisi de genellikle bir erlene konur.
Titrimetrik analiz üç kısımda incelenir:
1. Volumetrik titrimetri
2. Gravimetrik titrimetri
3. Kulometrik titrimetri
Bu titrimetrik analizlerden en çok kullanılanı volumetrik titrimetridir. Volumetrik
analizlerde miktarı bulunacak madde ile tamamen reaksiyona giren ve konsantrasyonu kesin
olarak bilinen bir çözeltinin hacmi ölçülür. Analitik kimyada konsantrasyonları kesin olarak
bilinen çözeltilere ayarlı çözeltiler veya standart çözeltiler adı verilir. Bu çözeltilerin litresindeki
madde miktarı bellidir.
Standart çözeltiler bir büret yardımıyla miktarı belirlenecek maddenin bulunduğu
çözeltiye ilave edildiği için harcanan miktarları hacim olarak ölçülebilir. Zaten volumetri (hacim
ölçme) kelimesi de buradan gelmektedir. Standart çözeltilerin kesin konsantrasyonları
bilindiğinden harcanan hacim içerisindeki madde miktarını hesaplamakta oldukça kolaydır.
11
Büretle ilave edilen ayarlı çözeltiye titrasyon çözeltisi de denir. Titrasyon çözeltisindeki
çözünmüş madde ile numune çözeltisindeki aranan madde arasında gözle görünen ani ve belirli
bir reaksiyon meydana gelir. Bu reaksiyondan yararlanarak aranılan madde miktarı şu şekilde
tayin edilir: Standart çözeltiden, numune çözelti içindeki maddenin tamamını reaksiyona
sokacak kadar ilave edilir. Kimyasal reaksiyon denklemlerine uygun olarak reaksiyonun sona
ermesi, yani titrasyon sonu genellikle indikatörler vasıtasıyla kesin olarak tayin edilir.
Reaksiyonun sona erdiği bu noktaya eşdeğerlik noktası denir. Bu noktada sarfedilen titrasyon
çözeltilerindeki madde miktarı tayin edilecek madde miktarına karşılık olur. Yani bunlar
birbirine eşdeğerdir. Ancak titrasyonda eşdeğerlik noktası deneysel olarak tayin edilemeyen
teorik bir noktadır. Bunun yerine fiziksel değişimin gözlendiği dönüm noktası belirlenebilir.
Titrasyon çözeltisinin konsantrasyonu kesin olarak bilindiğine göre buradan aranan madde
miktarı bulunur.
Titrasyon, ne olduğu bilinen fakat derişimi yahut miktarı
bilinmeyen bir maddenin analizini yapmaya yarayan bir yöntemdir. Aletli
analizin gelişmesiyle pabucu dama atılsa da analitik kimyadaki belli
kavramların oturmasında ok yardımcıdır.
Analizini yapacağınız maddeyi bir erlene koyarsınız, bürete ise
derişimi bilinen ve analitinizle gayet hızlı tepkimeye girecek titrant
denilen maddeyi koyarsınız. Sonra titrantınızı yavaş yavaş ilave edersiniz.
Şimdi ama bunların tam stokiyometrik (bire bir olması şart değil) olarak
tepkimeye girdiği noktada, eklemeyi durdurmak ve hacmi öl mek…
Bunun i in de yapmanız gereken titrantınızla, analitten daha zayıf
bir şekilde tepkimeye giren indikatör denen maddeden eklemek. Böylece
analitiniz bittiğinde titrantınız indikatöre tepki verecek ve renk değişimi
sizi alarma ge irecektir.
Son olarak eşdeğerlik noktası tepkenlerin stokiyometrik olarak
tepkimeye girdiği teorik noktadır. Dönüm noktası ise sizin büretin
musluğunu kapattığınız noktadır. Dönüm noktası eşdeğerliğe ne kadar
yakın olursa titrasyon hatası o kadar az olur.
İndikatör ilavesinden sonra tepkime sonunu belli eden bir değişimi
(renk oluşumu, renk kaybolması, gaz ıkışı, ökelme vb.) gördüğünüz
nokta eşdeğerlik noktasından farklıdır ki buna biz dönüm noktası diyoruz.
Eklenen indikatör miktarına bağlı olarak, analizcinin tecrübesine bağlı
olarak farlılıklar gösterir. Ayarlı özeltinizi düşük derişimde se erseniz bu
iki noktayı hemen hemen aynı kabul edebiliriz. (aslında farklı tabiki)
Şekil 4. Titrasyon düzeneği
Asit-Baz Titrasyonları
Bilindiği gibi bir asit ile bir baz sulu ortamda karıştırıldığında;
H+ + OH– → H2O ya da
H3O+ + OH– → 2H2O
Hidrojen iyonları hidroksil iyonları ile birleşerek suyu oluştururlar. Bu reaksiyona
nötralleşme reaksiyonu denir. Başka bir ifade ile, bir asitle bir bazdan su ve bir tuz meydana
12
gelmesi olayına nötralleşme reaksiyonu, buna dayanılarak yapılan tayinlere de nötralimetri
denir.
Asitlerin hidrojen iyonları bazların hidroksil iyonları ile nötralleşmesi sonucu çözelti ne
asidik ne de bazik özellik gösterir. Ancak bu durum kuvvetli bir asitle yine kuvvetli bir bazın
reaksiyonu neticesinde meydana gelen nötr tuz için geçerlidir. Zayıf bir asit ile kuvvetli bir
bazın, kuvvetli bir asit ile zayıf bir bazın veya zayıf bir asit ile zayıf bir bazın reaksiyonu
neticesinde nötr tuz oluşmaz. Yani, iyonlaşma dereceleri birbirine çok yakın asit ve bazların
nötralleşmesinde bu duruma uyulur. Ancak iyonlaşma dereceleri farklı asit ve bazların
reaksiyonu neticesinde ise asit ve bazın kuvvetine göre çözelti asidik veya bazik özellik gösterir.
Asit-baz titrasyonlarında dönüm noktasının görülebilmesi için asit-baz indikatörleri
kullanılır. Bu indikatörler dönüm noktasında renk değiştirerek titrasyon bitirilmesi gerektiğine
işaret ederler. Volumetirde yaygın bir şekilde kullanılan bazı asit-baz indikatörleri Tablo 2’de
verilmiştir.
Tablo 2. Volumeride kullanılan bazı yaygın asit-baz indikatörleri
İndikatör adı
pH aralığı
Asit rengi
Baz rengi
Çözücüsü
Timol Mavisi
1.2 – 2.8
Kırmızı
Sarı
% 95 Etanol
Metil Oranj
3.1 – 4.5
Kırmızı
Sarı
Su
Bromkrezol Yeşili
3.8 – 5.5
Sarı
Mavi
% 95 Etanol
Metil Kırmızısı
4.2 – 6.3
Kırmızı
Sarı
% 95 Etanol
Bromtimol Mavi
6.0 – 7.6
Sarı
Mavi
% 50 Etanol
Fenol Kırmızısı
6.4 – 8.0
Sarı
Kırmızı
Su
Krezol Kırmızısı
7.2 – 8.8
Sarı
Kırmızı
Su
Timol Mavi
8.0 – 9.6
Sarı
Mavi
% 95 Etanol
Fenolftalein
8.3 –10.0
Renksiz
Kırmızı
% 50 Etanol
9.3 –10.5
Renksiz
Mavi
% 95 Etanol
Sarı
Viyole
Su
Timolftalein
Alizarin Sarısı
10.0 –12.1
POTANSİYOMETRİK ANALİZ
Potansiyometri; akımın çok az geçtiği veya hiç geçmediği sistemlerde, indikatör
elektrodun referans elektroda karşı gösterdiği ve derişim değişimine bağlı olarak değişen
potansiyelin ölçüldüğü tayin yöntemidir. Maddenin elektrikle etkileştiği, indirgendiği veya
yükseltgendiği yere de elektrot denir. Elektrodun potansiyeli içine daldırıldığı çözeltide bulunan
iyonların aktivitelerine bağlıdır.
Potansiyometrik sistem, bir test hücresi (elektrolitik çözelti), buna bağlantılı olan
indikatör elektrot (değişken potansiyel) ve referans elektrot (sabit potansiyel) ile kararlı bir
potansiyometreden oluşur. Bunlara “potansiyometrik hücre elemanları” da denir. Şekil 5’de
basit bir potansiyometrik sistem görülmektedir.
13
Şekil 5. Basit bir potansiyometrik sistem
Analit çözeltisine daldırılan indikatör elektrotta, mevcut iyon veya iyonların derişimine
bağlı olan bir potansiyel değişimi meydana gelir. Dolayısıyla potansiyel değişimi ölçülerek
iyonların derişimleri tayin edilebilir.
Laboratuvarlarda pH’ın rutin tayini için genellikle kombine pH cam elektrot
kullanılmaktadır. Şekil 6’da indikatör ve referans elektrotları tek bir prob içerisinde olan
kombine bir pH elektrot gösterilmektedir.
Şekil 6. Gümüş/gümüş klorür referans elektrotlu kombine cam elektrot
pH, ürünün asitlik bazlık (alkalinlik) derecesini ifade eden bir ölçü parametresidir. pH
ifadesi “Power of Hydrogen” yani Hidrojenin gücü anlamına gelmektedir. pH Hidrojen iyonları
aktivitesidir. Bir çözeltideki hidronyum iyonlarının derişimini gösteren logaritmik ölçümdür.
Sulu çözeltilerdeki H+ veya OH– konsantrasyonlarının logaritmik olarak ifadesidir. pH teriminde
p; eksi logaritmanın matematiksel sembolünden ve H ise Hidrojenin kimyasal formülünden
türetilmişlerdir. Sulu çözeltilerin H+ ve OH– konsantrasyonlarını tek bir cetvelle ifade edebilmek
için, H+ iyonu molar konsantrasyonunun eksi logaritması alınır ve buna pH adı verilir. Eğer H +
derişimi OH- derişiminden fazla ise maddemiz asidik; yani pH değeri 7 den düşüktür. Eğer OH derişimi H+ derişiminden fazla ise maddemiz bazik; yani pH değeri 7 den büyüktür. Eğer OH- ve
H+ iyonlarından eşit miktarlarda mevcut ise, madde 7 pH değerine sahip olmak üzere nötraldir.
pH ölçüm skalasındaki çok asidik çözelti 0,1 veya 2 gibi düşük bir pH değerine sahiptir, bu da
14
hidrojen iyonlarının büyük miktarda yoğunluğu anlamına gelmektedir. 12, 13 veya 14 pH
derecesi çok az miktardaki hidrojen iyonlarına karşılık gelmektedir. Eğer OH – ve H+
iyonlarından eşit miktarlarda mevcut ise, madde, nötral yani pH derecesi 7'dir.
pH teriminde p; eksi logaritmanın matematiksel sembolünden ve H ise hidrojenin
kimyasal formülünden türetilmişlerdir. pH tanımı, hidrojen konsantrasyonunun eksi logaritması
olarak söylenebilir: pH = –log10[H+]. Tablo 3’de bazı maddelerin pH değerleri görülmektedir.
Tablo 3. Bazı maddelerin pH değerleri
pH
Madde
–1
10 M Hidroklorik asit
0
1 M Hidroklorik asit (HCl)
1,5 – 2,0
Gastrik asit
2,5
Kola
2,9
Sirke
4,5
Bira
5
Kahve
5,5
Çay
6,5
Süt
7
Saf su
7,34 – 7,45
Kan
5–8
İdrar
7,4
Gözyaşı
8
Deniz suyu
9 – 10
El sabunu
11,5
Amonyak (NH3)
12,5
Çamaşır suyu
13,5
NaOH
13,9
Kostik soda
Güçlü asidik
Nötr
Güçlü bazik
pH Ölçümü Nasıl Yapılır?
pH, elektrik sinyali üreten bir araç (elektrot) kullanılarak pH metre cihazı sayesinde bu
elektriksel sinyalini pH birimine çeviren potansiyometrik bir ölçümdür. Üretilen ve ölçülen
sinyal bir voltajdır. pH ölçümünü yapabilmek için iki gerilime ihtiyaç vardır. pH ölçümü için
gerekli olan elektriksel sinyal bu iki gerilim arasındaki fark ile oluşur. Bu iki gerilim şunlardır:
İndikatör elektrot, ürün içindeki hidrojen iyon aktivitesinin logaritmasına oransal bir
gerilim sağlar.
Referans elektrot ideal olarak ürünün aktivitesinden bağımsız sabit ve sürekli bir gerilim
sağlar.
Referans ve indikatör elektrotu arasındaki bu gerilim farkı pH metre (Şekil 7) tarafından
ölçülür ve pH değerine çevrilir.
15
Şekil 7. Bir pH metrenin görünüşü
DENEYSEL KISIM:
Yoğurt, meyve suyu ve marmelat-reçelde titre edilebilir asitlik tayini:
Katı ve sıvı numunelerin analize hazırlanması:
Yoğurt ve marmelat-reçelden 0,01 g hassasiyette 25 gram civarında, meyve sularından da
25,0 mL örnekler alınır. Alınan örnekler önce 250 mL’lik beherlere konur ve üzerlerine yaklaşık
50 mL kadar saf su ilave edilir. Karışımlar su banyosunda 30 dakika kadar karıştırılarak ısıtılır
ve homojenize edilir. Daha sonra soğutulur ve beher içerikleri süzgeç kâğıdından süzüldükten
sonra süzüntüler 100 mL civarına saf su ile seyreltilir.
Potansiyometrik yöntem (referans yöntem):
Hem renkli hem de renkli olmayan numunelerin analizi potansiyometrik yöntemle son
derece hassas yapılabilir. Potansiyometrik yönteme başlamadan önce kullanılacak pH metre
öncelikle kalibre edilmesi gerekir. Bunun için hangi pH aralığında çalışılacaksa pH metre o
aralığa kalibre edilir. Volumetrik titrasyonda fenolftalein indikatörünün dönüm noktası pH 8,1
olduğundan potansiyometrik titrasyon da bu pH değerine kadar yapılmalıdır. Dolayısıyla pH
metre standart tampon çözeltileriyle pH 4–10 ya da 7–10 aralığına kalibre edilir.
Beherdeki yoğurt, meyve suyu veya marmelat-reçel süzüntüleri alınır ve içerisine uygun
büyüklükte bir magnet atılır. Karışım magnetik karıştırıcı üzerine konur ve yavaşça
karıştırılmaya başlanır. Daha sonra pH metre elektrodu karışıma daldırılır. Bir bürete Deney
1’de hazırlanan ve ayarlanan 0,1 M NaOH çözeltisi konur. pH değeri 7,0±0,2 oluncaya kadar
büretten ayarlı sodyum hidroksit çözeltisi beher içeriklerine hızlı bir şekilde ilâve edilir. Daha
sonra pH değeri 8,1±0,2 olana kadar yavaş yavaş bir miktar daha NaOH çözeltisi ilâve edilir.
Titrasyon işlemine son verilir ve sarfiyat kaydedilir.
Renkli indikatörün kullanıldığı yöntem (rutin yöntem):
Önce indikatör çözeltisi hazırlanır; 0,1 g fenolftalein % 95 (v/v)’lik etanolde çözülerek
hacmi 100 mL’ye tamamlanır. Renksiz numune süzüntülerinden 250 mL’lik bir erlene alınır ve
üzerine 5 damla indikatör çözeltisi ilave edilir. Karışım büretteki 0,1 N ayarlı sodyum hidroksit
çözeltisi ile dönüm noktasına kadar tirre edilir. Dönüm noktasında renk, renksizden pembeye
döner. Dönüm noktasında titrantın fazla ilave edilmemesine dikkat edilir. Titrasyon, 30 s
süreyle kalıcı pembe renk elde edilinceye kadar beher içeriği çalkalanarak yapılır.
16
Sonuçların hesaplanması:
100 mL ya da 100 g üründe H+ iyonunun milimol değeri olarak ifade edilen titre
edilebilir asitlik değeri (A) aşağıdaki şekilde hesaplanır ve sonuçlar virgülden sonra bir
basamak olacak şekilde verilir:
A
C
V
meg
mnum
Vnum
: Titre edilebilir asitlik değeri (%)
: Ayarlı sodyum hidroksitin normalitesi
: Titrasyonda harcanan sodyum hidroksit hacmi (mL)
: Sodyum hidroksitin miliekivalent gramı
: g cinsinden numune miktarı
: mL cinsinden numune miktarı
Titre edilebilir asitlik, alışılagelmiş şekilde hangisi uygun ise 100 mL üründe veya 100 g
üründe gram olarak formülün asite uygun faktör ile (Tablo 4) çarpılmasıyla da gösterilebilir.
Tablo 4. Asitlik değeri için uygun asitler için faktörler
Asit
Faktör
Maleik asit
0,067
Okzalik asit
0,045
Sitrik asit monohidrat
0,070
Tartarik asit
0,075
Sülfürik asit
0,049
Asetik asit
0,060
Lâktik asit
0,090
Sitrik asit
0,064
17
EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ
GİRİŞ
Günlük yaşamımızda kullandığımız en önemli bir maddedir. Susuz yaşam da, susuz kimya
da olmaz. Sular sınaî bakımından endüstri suları, içme ve kullanma suları ve atık sular olmak
üzere üç grupta incelenir. Doğada bulunan su, hiçbir zaman doğrudan kullanılmaya elverişli
değildir. Bu nedenle su, kullanılacağı yere ve kullanma amacına göre birtakım ön işlemlerden
geçirilir.
Dünyada en çok bulunan ve en önemli bileşiklerden biri sudur. Yeryüzünün dörtte üçü
sularla kaplıdır. Bu suyun önemli bir kısmı (% 94) deniz ve okyanuslardadır. Kutup ve
buzullardaki su, toplam suyun % 4,2’sini, yer altı suları % 1,2’sini; nehir, göl gibi yüzey, tuzlu
olmayan su % 0,4’ünü oluşturur. İnsan kütlesinin % 62–68‘ ini, diğer canlı ve bitkilerin de büyük
kısmını su oluşturur.
Dünya üzerindeki su sürekli bir döngü içindedir. Deniz, göl, nehir ve diğer yer üstü suları
güneş enerjisinin etkisiyle buharlaşıp atmosfere çıkar. Burada bulutları oluşturur. Soğuk hava
tabakasının etkisiyle bu sular yeryüzüne yağmur, kar ve diğer yağış türleri ile dönerler. Kara
üzerine düşen yağış sularının bir kısmı yer altı su kaynaklarını tamamlar, diğer bir kısmı
nehirlerle akıp deniz ve göllere aktarılır veya tekrar buharlaşarak atmosfere çıkar. Bu devinim
sürekli devam eder ve her kaynaktaki su miktarı hemen hemen sabit kalır. Buna su döngüsü
denir (Şekil 8).
Şekil 8. Su döngüsü
Bu döngü sırasında atmosferde yoğunlaşan su yeryüzüne inerken, oksijen, azot, azot
oksitleri, karbon monoksit, karbondioksit ve havayı kirleten diğer gazları da beraberinde
yeryüzüne taşırlar. Yeryüzüne dönen suyun bir kısmı yeraltına geçer. Yeryüzünde çözebildikleri
18
maddeleri de beraberinde taşırlar. Yeraltında da rastladıkları çözebilecekleri maddeleri
çözerler. Özellikle CO2 taşıyan sular, yapısında CaCO3 ve MgCO3 bulunduran kayaları da çözerek
beraberinde taşır.
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3–
MgCO3 + CO2 + H2O → Mg2+ + 2HCO3–
Yeraltı suları kaynaklardan yeryüzüne çıktıklarında içersinde çözünmüş olarak birçok
kimyasal maddeleri bulundururlar. Ca(HCO3)2 taşıyan yeraltı suları yeryüzüne çıktıklarında
çözünmüş olarak bulunan Ca(HCO3)2 in parçalanması ile travertenleri oluşturur.
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O
HCO3–‘lı sular yer altı mağaraların tavanlarından akarken bozunarak mağaraların
tabanlarında dikit, tavanlarında ise sarkıtları oluştururlar. Bazen bu sarkıt ve dikitler birleşerek
mağara içersinde sütün meydana getirirler.
Yeryüzündeki akarsuların tuz miktarı yer altı sularınkinden daha azdır. Buna karşılık
bulanıklık veren maddeler, anorganik ve organik maddeler, çamur miktarı yer altı sularına göre
daha fazladır. Çünkü yer altı suları alt tabakalara geçerken süzülürler. Ülkemiz yer altı, yeryüzü,
nehirleri ve denizleri ile su kaynakları bakımından çok zengindir.
Dünya üzerinde bulunan toplam su miktarı, insan kullanımı için gerekenden çok fazladır.
Ancak kullanıma uygun temiz su dediğimiz kısım yeterli miktarda değildir. Su berrak ve
saydamdır. İnce tabaka halindeki renksiz, derin su tabakaları ise mavimsi yeşil renktedir. Su
normal şartlar altında, 0 oC’ de donar, 100 oC de kaynar. Suyun +4 oC’ deki yoğunluğu 1 g/cm3
tür. Suyun kaynama sıcaklığı, diğer grup VI A grubu elementlerinin hidrojen bileşiklerininkinden
(H2S, H2Se, H2Te ) çok daha yüksektir. Bunun nedeni suda hidrojen bağlarının bulunuşudur.
Şekil 9. Su molekülleri arasındaki hidrojen bağı
Bu özellik suyun yüzey geriliminin yüksek olmasını sağlar. Ayrıca +4 oC’nin altındaki ve
üstündeki sıcaklıklar suyun genleşmesine ve yoğunluğunun düşmesine neden olur. Su donduğu
zaman hidrojen bağlarının uzaydaki üç boyutlu şekillenmesiyle hacmi büyür ve yoğunluğu
19
düşer. Sonuç olarak su donduğu zaman buzlanma üstten başlar, alttaki suyu örter ve sıcaklığın
daha yüksek kalmasını sağlar. Böylece su içinde yaşayan canlıların yaşamı korunmuş olur.
Suyun dielektrik sabiti( 298 K’de 78,5) çok yüksektir. Bu nedenle kimyasal maddelerin çoğu su
içinde kolayca çözünür. Su çok iyi bir çözücüdür. Suyun görünüşü, rengi, kokusu ve tadına göre
özelliği konusunda karar vermek yeterli değildir. Suyun kullanılacağı yere uygun özellikte olup
olmadığı sertliğine bakılarak anlaşılır.
Sert Su
Sabunu köpürtmeyen suya sert su denir. Sert su içersinde bulunan Ca +2 ve Mg+2 iyonları
sabun ile tepkimeye girerek suda çözünmeyen kalsiyum ve magnezyum sabunlarını oluşturur.
Ca+2 + 2C17H33COONa → (C17H33COO)2Ca↓+ 2Na+
Mg+2 + 2C17H33COONa → (C17H33COO)2Mg↓+ 2Na+
Kalsiyum ve magnezyum sabunları suda çözünmediği için köpük oluşmaz. Kalsiyum ve
magnezyum iyonları suda bitene kadar sabun köpürmez. Sert suyun içimi hoş değildir. Sert su
ile pişirilen yemekler leziz olmaz. Sert su ile yapılan kumaş boyama işleri kaliteli olmaz. Sert
sular, sıcak su kazanlarında ve sıcak su borularında taş oluşturur. Suya sertlik veren maddeler,
suyun ısıtılması ile uğradıkları değişimlere göre geçici ve kalıcı sertlik olmak üzere iki çeşit
sertlik oluşturur.
Geçici sertlik
Isıtıldığında suyun sertliği kayboluyorsa bu çeşit sertliğe geçici sertlik denir. Isıtıldıkları
zaman bozulan kalsiyum ve magnezyum bikarbonatlar geçici sertliğe neden olur. Kalsiyum ve
magnezyum bikarbonat ısıtılınca karbonatlara dönüşerek sarı–kahve renkli kazan taşlarını
oluşturur.
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2 + H2O
Kalıcı sertlik
Isıtıldığında suyun sertliği kaybolmuyorsa bu çeşit sertliğe kalıcı sertlik denir.
Isıtıldığında değişikliğe uğramayan tuzlar kalıcı sertliğe neden olur. Bunlar toprak alkali
metallerin silikat, nitrat, klorür ve sülfatlarıdır. Su çok fazla buharlaştırılırsa bu maddeler ısıtma
boruları ve kazan içersinde taş yaparlar.
Suda hem kalıcı sertlik hem de geçici sertlik bir arada bulunuyorsa buna sertlik bütünü
denir. Sertlik bütünü bulunduran su, ısıtıldığında geçici sertliği kaybolurken kalıcı sertliğinde bir
değişiklik olmaz.
Sertlik Dereceleri
Suda sertlik, çeşitli sertlik derece birimleri ile gösterilir.
20
Tablo 5. Su sertliğinde kullanılan sertlik birimleri
Sertlik birimi
Sembolü
Tanımı
Alman sertlik derecesi
oD
1 oD = 10 mg CaO / 1 L su
Fransız sertlik derecesi
oF
1 oF = 10 mg CaCO3 / 1 L
İngiliz sertlik derecesi
oE
1 oE = 10 mg CaCO3 / 0,7 L
Part per million (USA derecesi)
ppm
1 ppm = 1 mg tuz / 1 L su
Alman sertlik derecesi (oD): 1 L suda 10 mg CaO veya buna eş değer sertlik veren
madde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 oD dir.
Fransız sertlik derecesi (oF): 1 L suda 10 mg CaCO3 veya buna eş değer sertlik veren
madde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 oF dir.
İngiliz sertlik derecesi (oE): 0,7 L suda 10 mg CaCO3 veya buna eş değer sertlik veren
madde varsa bu suyun sertlik derecesi 1 oE dir.
Parts per million (milyonda kısım, ppm): 1 L suda bulunan 1 mg tuz miktarına 1 ppm
denir.
Tablo 6. Sertlik birimlerinin birbirine dönüştürülmesi
Çarpma
Faktörleri
Alman (oD)
Fransız (oF)
İngiliz (oE)
oD
için
1
1,79
1,25
oF
için
0,56
1
0,70
oE
için
0,80
1,43
1
Sertlik derecelerine göre suyun sınıflandırılması
Alman ve Fransız sertlik birimlerine göre suların sertlik dereceleri Tablo 6’da
sınıflandırılmıştır.
Tablo 7. Suların sertlik derecesine göre sınıflandırılması
Toplam sertlik
Alman (oD)
Fransız (oF)
Sınıflandırma
0–4
0–5
Çok yumuşak su
4–8
5 – 10
Yumuşak su
8 – 12
10 – 20
Orta sert su
12 – 18
20 – 30
Sert su
≥ 30
≥ 30
Çok sert su
Kireç taşı ile temas eden yer altı suları daha serttir. Yeryüzü sularının sertlikleri ise
mevsimlere göre değişir. Yazın buharlaşma fazla olduğundan sertlik artar. Sıhhi bakımdan
suyun sertliğinin insan sağlığına zararlı etkisi bu zamana kadar saptanamamıştır.
Örnek: 10 L su içerinde 1,62 g Ca(HCO3)2 ve 0,222 g CaCl2 çözünmüş olarak
bulunmaktadır. Bu suyun geçici sertliğini, kalıcı sertliğini, sertlik bütününü oF birimi cinsinden
bulunuz (Ca: 40,0; H:1,0; O:16,0; Cl: 35,5 g/mol).
21
Çözüm:
Her bir tuzun 1 L su içersindeki miktarları;
Ca(HCO3)2 miktarı = 1,62/10 = 0,162 g = 162 mg
CaCl2 miktarı = 0,222/10 = 0,0222g = 22,2 mg
Bu tuzların CaCO3’a eş değer miktarlarını bulalım;
1 mol Ca(HCO3)2 1 mol CaCO3 a eş değerdir.
162 g Ca(HCO3)2 100 g CaCO3’a eş değerse,
162 mg Ca(HCO3)2 100 mg CaCO3’a eş değerdir.
10 mg CaCO3 1 oF oluşturduğuna göre
100 mg CaCO3 10 oF oluşturur.
Bu durumda Ca(HCO3)2’dan ileri gelen sertlik (geçici sertlik) 10 oF’dir.
1 mol CaCl2 1mol CaCO3’a eş değerdir.
111 g CaCl2 100 g CaCO3’a eş değerdir.
22,2 mg CaCl2 20 mg CaCO3’a eş değerdir
20 mg CaCO3’dan ileri gelen kalıcı sertlik 2 oF oluşturur.
Kalıcı sertlik = 2 oF’dir.
Sertlik bütünü = 2 + 10 = 12 oF’dir.
Sertlik Giderme Yöntemleri
Suyun sertliğini gidermek için; fosfat yöntemi, damıtma yöntemi, zeolit-permutit yöntemi
ve kireç soda yöntemi uygulanmaktadır.
İçme ve Kullanma Suları
İçme ve kullanma için en uygun sular yer altı sularıdır. Çünkü bunlar toprak
katmanlarından geçerken süzülerek kısmen temizlenirler. Şehirlerde su gereksinimini
karşılamak için yer altı sularının yanında, yeryüzü sularından da (göl, nehir, baraj vb.)
yararlanılır.
Ham su önce havalandırılarak kısmen kokusu giderilir, gazlar uzaklaştırılır ve yabancı
maddeler (demir tuzları ve çamur gibi) ayrılmış olur. Karbondioksitli sularda demir, Fe(HCO3)2
halindedir. Havalandırma sırasında Fe(OH)3 halinde çöker.
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
Suyun sertliği çoğunlukla kireç soda yöntemi ile giderilir. Sertlik giderme sırasında
kullanılan Al2(SO4)3 ( alüminyum sülfat) sudaki diğer safsızlıkların dibe çökmesini sağlar. Aktif
kömür ise suyun rengini ve kokusunu giderir. Sertliği giderilen su kum süzgeçlerinden
süzüldükten sonra klorlanarak mikroplarından temizlenir. İyi bir içme suyu renksiz, kokusuz,
serin ve iyi havalandırılmış olmalı, mikropların varlığını gösteren nitrit, nitrat ve amonyak ile
ağır metal tuzlarını içermemeli ve biraz sert olmalıdır.
22
EDTA İLE SULARDA SERTLİK TAYİNİ
EDTA (Etilendiamintetraasetik asit), kompleksleştirme titrasyonlarında kullanılan en
önemli kompleksleştiricilerden biridir. Bununla çoğu metal katyonunun tayini yapılabilir.
Şekil 10. (a) EDTA’nın yapısı, (b) EDTA’nın metal kompleksi, (c) EDTA’nın 3 boyutlu yapısı
EDTA dört tane hidrojen iyonu verebilen bir organik asittir. EDTA’ nın formülün H4Y
şeklinde de gösterebiliriz. Titrasyonlarda EDTA’ nın suda çözünür sodyum tuzu olan
Na2H2Y.2H2O kullanılır. Bu tuz birincil standart madde (çözeltiyi ayarlamada kullanılan çok saf
madde) olarak kullanılır. Alkali metaller dışında tüm metal iyonlarıyla 1:1 mol oranında
kompleks verir.
Kompleks oluşumu, EDTA’ nın Y–4 anyonu ile metal iyonu arasında oluşur. Kompleks
renksizdir ve oluşum ortamın pH’ına bağlıdır.
(M: Metal katyonu, n: metalin değerliği)
Kompleks oluşum sabiti oldukça küçük olan Ca2+, Mg2+ gibi iyonların EDTA ile titrasyonu
bazik ortamda yapılırken, kararlı kompleks oluşturan Zn2+, Ni2+, Al3+, Fe3+ gibi iyonların
titrasyonu zayıf bazik veya asidik ortamlarda yapılabilir. Kompleks oluşumunun pH’a bağımlılığı
nedeniyle titrasyon ortamının belli pH’a tamponlanması gerekir. EDTA titrasyonlarında ortamın
pH’ı kadar kullanılacak indikatör de çok önemlidir. İndikatör olarak genellikle metal iyon
indikatörleri kullanılır. Bu indikatörler metal iyonlarıyla renkli kompleksler yapan organik
boyalardır. Eriokromblack T (Erio T) bu tür indikatörlerin tipik örneğidir ve çok yaygın olarak
kullanılır.
Eriokromblack T (Erio T) İndikatörünün Hazırlanması: Eriokromblack T indikatörü
katı halde veya çözelti halinde kullanılabilir. Birincisi için 20 gram NaCl tartılır. Havanda iyice
toz haline getirilir. Bunun üzerine 0,1 g Eriokromblack T eklenir ve havanda iyice öğütülerek
karıştırılır. Ağzı kapalı bir şişede saklanır. Bir titrasyon için 30–40 mg yeterlidir. İndikatör
çözeltisi 0,5 g Eriokromblack T’nin 100 mL etil alkolde çözünmesi ile hazırlanabilir. Çözelti
23
yaklaşık bir ay kullanılabilir. İçine eklenecek az miktardaki sodyum borat veya benzeri bir
koruyucu (% 2’lik NH4Cl ve % 2’lik NH4OH çözeltisi, trietanol amin v.b) daha uzun sürü
saklanabilmesini sağlar.
0,01 M EDTA Çözeltisinin Hazırlanması ve Ayarlanması: EDTA çözeltisinin
hazırlanması ve ayarlanması DENEY 1’de ayrıntılı olarak açıklanmıştır (Bakınız sayfa 10).
EDTA ile Sertlik Tayininin Uygulanışı:
Sertlik tayini yapılacak sudan 50 ml alınır ve 250 mL’lik bir erlene konur. Eriokromblack
T indikatörü katılır.1 mL tampon çözeltisi eklenir (Bakınız sayfa 10). EDTA ile gök mavisi olana
kadar titre edilir. Sudaki toplam sertlik (Sertlik bütünü) ppm (mg/L) CaCO 3 olarak hesaplanır.
Suda sadece kalıcı sertlik tayinini yapılması istenirse, bu durumda sert su bir süre
kaynatılır, soğutulur ve süzülür. Bu şekilde hazırlanan sudan 50 mL alınır ve yukarıda belirtilen
işlem aynen uygulanarak suyun kalıcı sertliği bulunur. Sertlik bütününden kalıcı sertlik
çıkartılarak geçici sertlik de bulunur.
Örnek: 50 mL su örneği alınıyor, 0,01 M EDTA ile bazik ortamda eriokromblack T
indikatörlüğünde gök mavisi olana kadar titre ediliyor. 10,0 mL EDTA çözeltisi harcandığına
göre suyun oF cinsinden sertliğini bulunuz.
Çözüm:
VEDTA = 10 mL
MEDTA = 0,01 M
CaCO3 = 40 + 12 + (16 3) = 100 g/mol
Alınan su = 50 mL
Yukarıdaki formülde bilinenler yerine konularak toplam sertlik ppm cinsinden bulunur.
Bağıntısından veriler yerine knularak;
10 mg CaCO3 bulunduran su 1 oF sertlik oluşturursa 200 mg CaCO3 bulunduran su 20 oF sertlik
oluşturur. Bu su da orta sertliktedir (Tablo 7).
Örnek: 15 oF sertlik derecesindeki bir su örneğinden 30 mL alınıyor, bazik ortamda
eriokromblack T indikatörlüğünde 0,01 M EDTA çözeltisi ile titre ediliyor. Kaç mL EDTA
çözeltisi sarf edilir? Hesaplayınız.
24
Çözüm:
Suyun sertliği = 15 oF = 150 ppm
VEDTA = ?
MEDTA = 0,01 M
CaCO3 = 40 + 12 + (16 3) = 100 g/mol
Alınan su = 30 mL
Bağıntısından bilinenler yerine konularak;
=4,5 mL
25
PERMANGANAT METODU İLE SULARDA TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ
GİRİŞ
Organik madde, yapısında C, H, O bulunan ve S, P, N gibi elementleri barındıran düşük
erimeve kaynama noktasına sahip yüksek molekül ağırlıklı, suda az çözünen, yanıcı
maddelerdir. Gıda Mühendisliği olarak organik bileşiklerin fizikokimyasal ve yapısal
özelliklerinin (çözünürlük, hidrofobiklik, polarlık, uçuculuk, yoğunluk, enerji..) ve muhtevasının
ne kadar olduğunun bilinmesi, onları anlamaya, geçirdikleri değişimi tahmin etmeye, etkisini
belirlemeye ve onları arıtacak veya kontrol altında tutacak işlemleri seçmeye yardımcı olması
açısından önemlidir. Ayrıca organik maddeler nitrifikasyon, ötrofikasyon, dip çamuru oluşumu
gibi sonuçlar doğurur.
Organik veya biyolojik olarak parçalanabilen atıklar su yatağına girer girmez bakterilerin
hücumuna uğrarlar. Organik maddelerin ayrışması sırasında, sudaki hayat için çok önemli olan
çözünmüş oksijeni kullanırlar. Dolayısıyla ortamdaki çözünmüş oksijen miktarı azalır. Su
yatağına giren organik madde konsantrasyonu çok fazla ise mevcut oksijenin tamamı
kullanılarak ortam anaerobik durum halini alabilir. Örneğin kükürt bileşiklerinin reaksiyona
girmeleri halinde SO4 oluşur. Buda H2SO4 ‘ü oluşturur ve bu olay korozyona sebep olur. Bu
durumda sistemin ekolojik dengesi bozulur ve su hayatı olumsuz yönde etkilenir. Bakteriler
organik maddeyi stabil oluncaya kadar parçalarlar. Bunun içinde oksijeni enerji olarak
kullanırlar ve oksijeni tüketirler. Sıcakta organik maddenin parçalanma hızı artar.
CO2 + NH3 + Kararlı son ürünler
Organik madde + Bakteri + O2
Yeni hücreler
Bu durum su ortamında; nitrifikasyon, ötrofikasyon ve dip çamuru gibi olaylara neden
olabilmektedir. Organik maddelerin göl ve bu gibi su ortamlarında bulunması istenmeyen bir
durumdur. Örneğin bir gölde aşırı miktarda organik madde varsa göldeki bakteriler aşırı
beslenerek patlar ve ölürler böylece gölün üzeri ölü bakteri hücreleriyle örtülür. Bakterilerin
aşırı beslenerek ölmesi durumuna ötrofikasyon denir. Azotlu bileşiklerin ayrışmasıyla;
Organik azot → NH4 (amonyum) → NO2 (nitrit) → NO3 (nitrat)
olayı gerçekleşir ve buna da nitrifikasyon denir. Fosforlu maddelerin ayrışması sonucu fosfat
meydana gelir ve bu bakteriler için besin kaynağıdır. Bakterilerin aşırı beslenmesi sonucunda
patlayarak ölümler oluşur ve suyun yüzeyini kaplarlar. Böylece içeriye oksijen ve güneş ışığı
giremez. Canlılar fotosentez yapamayacağından ortam anaerobik olur ve dip amuru oluşur.
Organik maddeler daha çok antropojenik faaliyetler (ev atıkları, hayvan atıkları, gıda
fabrikaları atıkları, kâğıt fabrikaları atıkları, mezbaha atıkları, et paketleme atıkları, dericilik
atıkları gibi) sonucu sulara karışırlar ve karıştıkları sular durgunsa, bunlar suyun dibinde
toplanırlar.
26
Bir suyun kalitesini belirlemek için üzerinde aşağıdaki gibi çok çeşitli tayinler yapılabilir:
Çözünmüş oksijen tayini
Renk tayini
Biyokimyasal oksijen ihtiyacı
Koku tayini
Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ)
pH tayini
Toplam organik madde tayini
Bakteriyolojik tayin
Katı madde tayini
İletkenlik tayini
Azot tayini
Sertlik tayini
Fosfat tayini
Ağır metal tayini
Bulanıklık tayini
Sulara organik maddeler doğal yollardan veya suni yollardan karışabilirler. Belli bir orana
kadar su organizmaları için yararlıdırlar. Balıklar için besin maddesi oluştururlar. Organik
madde tayini de yukarıda bahsedilen özelliklerden dolayı yapılması gereken önemli tayinlerden
biridir.
PERMANGANATLA TOPLAM ORGANİK MADDE TAYİNİ
Toplam organik madde tayini, suda minimum miktarda bulunan ve indirgeyici özelliğe
sahip maddelerin tayinidir. Suyun doğal rengi, endüstriyel artıklar ya da kanalizasyondan gelen
bazı karbonlu organik kirlilikler ile toplam organik madde arasında bir bağlantı kurulabilir.
Tekstil sanayisinde kullanılan yıkama suyunda 8 mg/L’den fazla toplam organik maddenin fena
koku verdiği tespit edilmiştir. İçki ve bira sanayisinde 0,5–5,0 mg/L arasındaki
konsantrasyonlarda toplam organik madde içeren sular kullanılmaktadır.
Suda organik maddelerin bulunması, suyun kirlenmiş olabileceğini gösterir. Organik
maddelerin ölçüsü, asidik ortamda 1 L suyu yükseltgeyebilen mg KMnO 4 veya buna eşdeğer olan
mg oksijen ile ifade edilir. Suyun içerdiği H2S, S2–, NO2–, Fe2+ ve 300 mg/L’den fazla Cl– tayini
bozar.
Gerekli çözeltiler ve hazırlanması:
1. 9,6 N 50 mL H2SO4 çözeltisi:
H2SO4 kuvvetli bir asittir ve suya 2 proton verir. Bu nedenle tesir değerliği 2’dir.
9,6 N H2SO4 ≡ 4,8 M H2SO4
derişik
asit
gereklidir.
50 mL’lik bir balon jojeye yaklaşık 25 mL saf su konulur, üzerine de 13,04 mL derişik
H2SO4’den ilave edilir. Daha sonra son hacim saf su ile 50,0 mL’ye tamamlanarak 9,6 N asit
çözeltisi hazırlanmış olur. Dikkat ! derişik H2SO4’ün üzerine direkt olarak su ilave edilmez !!!
2. 0,0125 N 250 mL sodyum okzalat çözeltisi:
Sodyum okzalat (Na2C2O4)’ın tesir değerliği 2’dir. Buna göre;
27
0,2094 g Na2C2O4 hassas olarak tartılır, bir miktar suda çözülür ve hacmi saf su ile 250,0
mL’ye tamalanır. Sodyum okzalat higroskopik (nem çekici) değildir ve kristal suyu da içermez.
Saklanması sırasında herhangi bir bozunma da olmaz. Bu nedenle kıymetli bir primer standart
maddedir. Ancak her ihtimale karşı 105 oC’de etüvde 1.5–2 saat kadar kurutulmuş sodyum
okzalattan tartım alarak çözelti hazırlamak daha doğrudur.
3. 0,0125 N 250 mL KMnO4 çözeltisinin hazırlanması ve ayarlanması:
Potasyum permanganat (KMnO4)’ın mol kütlesi 158.07’dir ve aşağıdaki reaksiyonda
görüldüğü gibi kuvvetli asidik ortamda (0.10 M sülfürik asit ve daha derişik) tesir değerliği de
5’dir. Asidik ortamda Mn, 7+ değerlikten 5 e– alarak 2+ değerliğe indirgenir.
MnO4– + 5e– + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
KMnO4’ın 0.0125 N 250 mL çözeltisini hazırlamak için;
0,0988 g KMNO4 gereklidir. Ancak permanganatın kendisi primer standart bir madde
olmadığı için direkt tartımı alınarak hassas çözeltisi hazırlanamaz. KMNO4 primer bir standarda
karşı ayarlanacağı için yaklaşık 0,1 g kadar permanganat tartılır, az suda çözülür ve 250 mL’ye
tamamlandıktan sonra kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır. Kaynatılmadan bu sıcaklıkta yaklaşık
yarım saat bekletildikten sonra üzeri saat camı ile kapatılır ve bir gece bekletilir. Ertesi gün cam
pamuğundan süzülerek teşekkül eden MnO2 ve diğer katı parçacıklar uzaklaştırılır. Çözelti
renkli ve kapalı bir şişede saklanır.
Yaklaşık 0.0125 N olarak hazırlanan permanaganat çözeltisini ayarlamak için primer
standart madde olarak Na2C2O4, As2O3, KI, Ag, demir tel, H2C2O4.2H2O, K4[Fe(CN)6].3H2O
kullanılabilir. Burada sodyum okzalat (Na2C2O4) ile ayarlanması anlatılacaktır.
Yaklaşık normalitede hazırlanan permanganatı ayarlamak için kurutulmuş sodyum
okzalattan hassas olarak 0.1–0.15 g civarında tartım alınarak 250 mL’lik titrasyon erlenine
konur. Erlen içeriği 50 mL saf suyla çözülür ve üzerine 3 M H2SO4’ten 10 mL ilave edilir. 60˚C’de
su banyosunda iyice karıştırılarak Na2C2O4’ın tamamen çözünmesi sağlanır. Okzalatlı çözeltiye
katalizör olarak küçük bir parça MnSO4 kristali atılır. Daha sonra KMnO4 çözeltisi bürete
dikkatlice aktarılır ve titrasyona başlanır. Burada dönüm noktasının görünmesi için ilave bir
indikatöre gerek yoktur. Çünkü dönüm noktasında renksiz çözelti, permanganattan
kaynaklanan mor renge bürünür. Yani okzalatla reaksiyona giren permanganatın kendisi ayrıca
indikatör görevi de görür.
Başlangıçta ilk damlaların rengi yavaş kaybolurken titrasyon sonuna doğru rengin
kaybolması yavaşlar. Bundan sonra titrasyona daha dikkatle devam edilir. Son damlanın rengi
kaybolmadan bir sonraki damla ilave edilmez. Şayet 30 saniye içerisinde renk kaybolmuyorsa
titrasyon tamamlanmış demektir. Büretten son sarfiyat okunur ve başlangıçtaki mL
seviyesinden çıkartılarak titrasyonda harcanan net hacim bulunur. Uzun süre bekleme ile
erlendeki permanganat rengi kaybolur. Bunun çeşitli nedenleri vardır. Önemli olan mor rengin
yaklaşık 30 saniye süreyle sabit kalmasıdır. Titrasyon esnasında meydana gelen reaksiyon
aşağıdaki gibidir:
28
2MnO4– + 5C2O42– + 16H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Dönüm noktası yanlışlıkla geçilirse, permanganatın fazlası ayarlı demir(II) çözeltisi ile
geri tire edilerek doğru sonuca varılabilir. Permanganatın gerçek normalitesi aşağıdaki formülle
bulunur:
Deneyin uygulanması:
250 mL’lik titrasyon erlenine 100 mL su numunesi konur. Üzerine 9,6 N H 2SO4’ten 10 mL ve
0,0125 N ayarlı KMnO4 çözeltisinden 10,0 mL ilave edilir. 30 dakika kaynar su banyosunda
bekletilir. Şayet permanganatın rengi kaybolursa daha az örnek alınır veya biraz daha
permanganat ilave edilir. Sıcak çözeltiye 10,0 mL 0,0125 N okzalat çözeltisi katılır ve okzalat
fazlası pembe renk devamlı görülünceye kadar büretteki ayarlı KMnO4 ile titre edilir. Sarfiyat
kaydedilir ve numunedeki toplam organik madde miktarı, aşağıdaki formülle ppm O 2 cinsinden
hesaplanarak ifade edilir:
S = 10,0 + titrasyonda harcanan permanganat sarfiyatı (mL)
Şayet su numunesi önemli miktarda tayini bozan maddeler içeriyorsa, 100 mL örnek
alınır, üzerine 10 mL H2SO4 çözeltisi ve 10,0 mL KMnO4 çözeltisi ilave edilir ve oda sıcaklığında 3
dakika bekletilir. Üzerine 0,5–1 g kadar potasyum iyodür (KI) ilave edilerek karıştırılır. Açığa
çıkan iyot ayarlı tiyosülfat çözeltisiyle titre edilir ve organik maddeler haricindeki maddelerin
harcadığı KMnO4 miktarı bulunur. Bu değer, toplam permanganat miktarından çıkartılarak
organik maddeler için düzeltilmiş permanganat sarfiyatı bulunur.
Klorür miktarı çok fazla olan sularda (deniz suyu gibi) organik madde tayini için, 100 mL
örneğe 0,5 mL % 33’lük NaOH ve 10,0 mL KMnO4 çözeltisi ilave edilir. 30 dakika su banyosunda
bekletilir ve üzerine 5 mL H2SO4 çözeltisi ve 10,0 mL okzalat çözeltisi ilave edilir. Okzalat fazlası
KMnO4 ile titre edilir.
29
DONMA NOKTASI ALÇALMASI (KRİYOSKOPİ) METODU İLE MOL
KÜTLESİNİN BELİRLENMESİ
GİRİŞ
Saf katı bir madde ısıtıldığında, maddenin sıcaklığı artar ve bu artış erime noktasına
kadar devam eder. Katı madde erirken, ısı katının erimesi için kullanıldığından, sıcaklık sabit
kalır. Katının tamamının sıvıya dönüşmesinden sonra sıcaklık tekrar artmaya başlar. Fakat katı
ve sıvı halin sıcaklığının artış hızı farklıdır. Çünkü katı ve sıvının ısı kapasiteleri farklıdır. Şekil
11’deki sıcaklık – zaman grafiğinden de görüldüğü gibi T1 sıcaklığında sıvı katıya dönüşmeye
başlar ve bu dönüşüm boyunca sıcaklık sabit kalır (t1'den t2'ye kadar). Donma süresince
parçacıklar sıvı halden katı hale geçerken belirli bir geometrik şekle girer ve maddenin
potansiyel enerjisi düşmeye başlar. Bu nedenle donma sırasında katı parçacıkların oluşumu ısı
enerjisi oluşturur ve oluşan bu enerji, soğuma ile yok edilen ısı enerjisini karşılar. Sonuçta
donma tamamlanıncaya kadar sıcaklık sabit kalır. Bu durum, deneydeki naftalinin donma
noktasının belirlenmesinde bize yardımcı olur.
Şekil 11. Sıvıdan katıya hal değişimi (Sıcaklık – zaman grafiği)
Bir maddenin katı ve sıvısının dengede bulunduğu sıcaklığa maddenin erime noktası
denir. Örneğin 1 atm basınçta buz 0 °C'de erir. Katı erirken düzenli ve belli bir kristal yapıdan
düzensiz ve dağınık sıvı hale dönüşür. Bir mol katıyı eritmek için gerekli olan ısı miktarına molar
erime ısısı denir. Erime noktasından sonra verilen ısı, sıvı moleküllerinin ortalama kinetik
enerjisini arttıracak ve sıvının sıcaklığı yükselecektir. Bu durum kaynama noktasına kadar
devam eder ve kaynama noktasında durur. Çünkü kaynama noktasında verilen ısı sıvının
sıcaklığını yükseltmek yerine kaynama işlemi için harcanır. Bir sıvının buhar basıncının
atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklığa kaynama noktası denir. Bu sıcaklıkta sıvı kaynamaya
başlar. Kaynayan sıvı buharlaşır ve zamanla bütün sıvı buhar haline dönüşür. Bundan sonra
verilen ısı buhar moleküllerinin kinetik enerjisini artırmakta kullanılır. Bir mol sıvının
buharlaşması için gereken ısı miktarına molar buharlaşma ısısı adı verilir. Maddelerin ısıtılırken
zamanla sıcaklık değişimini veren eğriye ısınma eğrisi, maddelerin soğutulurken zamanla
sıcaklık değişimini veren eğriye de soğuma eğrisi adı verilir. Gazın sıvıya dönüştüğü sıcaklık
(yoğunlaşma sıcaklığı) ile sıvının gaza dönüştüğü sıcaklık (kaynama noktası) aynıdır. Benzer
30
durumda, sıvının katıya dönüştüğü sıcaklık (donma noktası) ile katının sıvıya dönüştüğü sıcaklık
(erime noktası) aynıdır.
Bilindiği gibi saf çözücülere kıyasla, bu çözücülerin uçucu olmayan çözeltilerine ilişkin
toplam buhar basıncı daha düşük olur. Bu tür çözeltilerdeki buhar basıncı azalması ise, çözeltide
kaynama noktası yükselmesi ve donma noktası alçalmasına neden olur. Çözeltilerin bu tür
davranabilme özellikleri "kolligatif özellikler" olarak adlandırılır. Kolligatif özellikler
maddenin yapısı ve kimyasal özelliğine bağlı olmayan, sadece molekül yapısına bağlı olan
sayısal özelliklerdir. Bunlar; buhar basıncı al alması, donma noktası al alması, kaynama noktası
yükselmesi ve osmotik basın olmak üzere dört tanedir. Bu kolligatif özelliklerin nedenlerini
daha iyi anlayabilmek için Raoult Yasası’nı hatırlayalım:
Raoult Yasası’na göre; bileşenleri uçucu olmayan homojen bir sıvı karışımdaki
(çözeltideki) bileşenlerin her birinin kısmi buhar basıncı (Pi), o bileşenin saf haldeki buhar
basıncı ( ) ile çözeltideki mol kesri (Xi) çarpımı ile verilir.
Genellikle seyreltik çözeltiler Raoult Yasası’na uyarlar ve bileşenleri bir sistem için Raoult
Yasası;
Burada PT; toplam buhar basıncı, P1; çözücünün kısmi buhar basıncı ve P2 çözeltinin kısmi
buhar basıncıdır. Benzer şekilde çözünenin uçucu olmadığı bir sistem içinRaoult Yasası;
Böyle bir sistemde çözeltinin toplam buhar basıncı, yalnızca saf çözücünün kısmi buhar
basıncına eşittir.
ΔP buhar basıncı düşmesi,
bağıl buhar basıncı düşmesini göstermektedir. Kısaca;
bu bağıntıya göre böyle bir sistemde saf çözücünün buhar basıncı çözücünün çözeltideki buhar
basıncından büyük olmaktadır. Uçucu olmayan çözünen ile hazırlanan bir çözeltinin buhar
basıncının saf çözücünün buhar basıcına göre düşük olması; çözeltinin kaynama noktası
yükselmesine, donma noktası düşmesine ve osmoz olayına yol açar. İşte çözeltilerin bu
özelliklerine, birbirine bağlı anlamına gelen kolligatif özellikler denir. Buhar basıncı
alçalmasından yola çıkarak çözeltinin donma noktasının saf çözücünün donma noktasından
daha düşük olacağını çıkarabiliriz. Donma noktası düşmesi;
31
Genel olarak bir çözünen madde ilavesi, çözücünün kaynama noktasını yükseltirken
donma noktasını ise düşürür. Verilen bir çözücü için donma noktasının alçalması, çözücü içinde
çözünen olarak bulunan taneciklerin derişimi ile doğru orantılıdır.
∆Td = Donma noktasi alçalması
Kd = Molal donma noktasi alçalması sabiti
m = Çözeltinin molalitesi
Molalite, 1000 g çözücü içinde çözünen maddenin mol sayısı olarak tanımlanır.
Bazı çözücülerin molal donma noktası düşmesi sabitleri Tablo 8’de verilmiştir.
Tablo 8. Bazı çözücülerin molal donma noktası düşmesi sabitleri
Çözücü
H2O
Donma noktası (oC)
Kd (oC/molal)
0,0
– 1,86
Naftalin
80,2
– 6,80
Asetik asit
16,5
– 3,90
Donma noktasının alçalması ile ilgili ölçmeler, kaynama noktası yükselmesinde olduğu
gibi, çözünmüş maddelerin molekül ağırlıklarının saptanmasında kullanılabilir. Donma noktası
alçalma sabiti bilinen belli miktarda bir çözücü içinde, molekül ağırlığı bilinmeyen bir madde bir
miktar tartılarak çözülür. Çözeltinin donma noktası saptanır. Çözeltinin donma noktası
alçalması ve molalitesi hesaplanır. Bu deneyde çözücü naftalin, çözünen madde ise kükürttür.
Kükürdün bir molü, 1000 gram naftalinde çözündüğünde çözücünün donma noktasını 6,9 °C
düşürür (Kd = 6,9 °C/molal). Bilinen bir kütledeki naftalin içinde, yine bilinen bir kütledeki
kükürdü çözerek donma noktasındaki düşüş ölçülecek ve böylece kükürdün molekül kütlesi
bulunacaktır.
DENEYİN UYGULANMASI
Şekil 12’de gösterilen düzeneği kurun. Termometreyi iki delikli mantar tıpaya
yerleştirirken, termometreyi ve tıpayı havlu ile sarın ve yavaş yavaş döndürerek deliğin
içinetermometre skalasının 70 °C'den yukarısı görülecek şekilde tüpün dibine değmeden
yerleştirin (aksi durumda termometreyi kırabilirsiniz). 5,00 g naftalin tartın ve ölçüm değerini
çözücünün kütlesi olarak kayıt edin (m2). Tüpü doldurmadan önce temiz ve kuru olmasına
dikkat edin. Naftalinin tamamını büyük bir deney tüpünün dip kısmına gelecek şekilde boşaltın.
Termometre ve telkarıştırıcıyı yerleştirdiğiniz tıpayla, tüpün ağzınıkapatın ve tüpü, içinde su
bulunan bir beherin içineyerleştirin. Naftalinin tamamı eriyinceye kadar sudolu beheri yavaş
32
yavaş ısıtın. Erime noktası 80 °C civarında gözlenmelidir. Beherin altından beki alınve kapatın.
Sürekli karıştırarak her 30 saniyede birsıcaklık okumalarını kayıt edin. Bu işleme sıcaklık 75
°C'ye düşünceye kadar devam edin. 1,00 g kükürt tartıp (tartım değerini m1 çözünenin kütlesi
olarak not edin) soğuyup katılaşmış olan naftalinin üzerine ekleyin. Termometre ve karıştırıcıyı
yerleştirdikten sonra naftalin ve kükürdün tamamı eriyinceye kadar su banyosunda ısıtın. Beki
söndürdükten sonra 85–70 °C aralığındaki sıcaklık düşmesini her 30 saniyede bir kayıt edin.
Deneyiniz tamamlanmıştır. Deney verilerinizi kullanarak hesaplamaları yapınız.
Deney tüpünü temizlemek için içindekiler eriyinceye kadar su banyosunda tekrar ısıtın.
Tüpün içindekiler tamamen eridikten sonra termometre ve karıştırıcıyı çıkarın. Sonra erimiş
naftalini atık naftalin etiketi yapıştırılmış olan behere boşaltın. Erimiş naftalini asla lavaboya
dökmeyin !!!
Karıştırıcı
Termometre
Şekil 11. Mol kütlesi tayini için düzenek
Hesaplamalar:
Naftalin için Kd = – 6,8 oC/molal
Naftalinin formül kütlesi = 128 g/mol
Kükürdün molekül kütlesi?
Bu deneyde önce naftalin ve naftalin-kükürt çözeltisi için belirlenen donma
noktalarının farkı (∆Td) bulunur. Aşağıdaki eşitlikten yararlanarak, kükürdün molal derişimi
hesaplanır:
33
Daha sonra molalitenin tanımından yararlanarak;
Kükürdün moleküler kütlesi hesaplanabilir.
Veriler:
Naftalinin kütlesi:.................................
Kükürdün kütlesi:................................
Naftaline ait soğuma verileri
Naftalin + kükürde ait soğuma
verileri
Zaman (s)
Zaman (s)
Sıcaklık (oC)
34
Sıcaklık (oC)
Sonuçlar:
Naftalin ve naftalin–kükürt karışımı için sıcaklık–zaman soğuma eğrileri aynı grafik
üzerine çizilir.
Naftalin için okunan donma noktası: ............................................................................
Naftalin–Kükürt karışımı için okunan donma noktası: .......................................
Donma noktası alçalması: ..................................................................................................
Kükürdün mol kütlesi: .........................................................................................................
Kükürdün molekül formülü: .............................................................................................
SORULAR:
Naftalin ve naftalin – kükürt çözeltisi için sıcaklık – zaman soğuma grafiklerini çizin.
Kükürdün molekül formülü nasıl olmalıdır?
Çözücünün ağırlığı bu deneyde hacmine nazaran daha önemlidir. Neden?
Kışın yollardaki donma olayları nasıl önlenmeye çalışılmaktadır?
Bu deneyde önlenmeyen iki olası hata kaynağını belirtiniz.
35
SIVI GIDALARDA ÖZGÜL AĞIRLIK TAYİNİ
GİRİŞ
Yoğunluk ve özgül ağırlık terimleri pek çok alanda sık sık kullanılmaktadır. Çoğu zaman
birbirlerinin yerine kullanılırlar. Ancak tanımsal olarak birbirlerinden farklı anlamı ifade
ederler. Bir maddenin yoğunluğu, birim hacminin kütlesidir. Özgül ağırlık ise, belirli
hacimdeki bir maddenin kütlesinin, aynı hacimdeki suyun 4 oC’deki kütlesine oranıdır. SI birim
sisteminde yoğunluk, kg/m³ olarak verilir. Özgül ağırlık ise birimsiz olduğundan birim
sistemlerinden bağımsızdır. Suyun yoğunluğu yaklaşık olarak 1,00 g/cm 3 (ya da mL)
olduğundan, yoğunluk ve özgül ağırlık birbirilerinin yerine kullanılabilirler.
Boyutlarına göre hafif olan maddelerin yoğunlukları düşük, boyutlarına göre ağır olan
maddelerin yoğunlukları yüksektir. Ayrıca yoğunlukları sudan az olan cisimler suda yüzerler.
Aynı hacme sahip iki cisimden, diğerine göre yoğunluğu fazla olanın kütlesi de daha fazladır.
Ortalama yoğunluk ise, bir cismin toplam kütlesinin toplam hacmine oranıdır.
d : Cismin yoğunluğu (kg/m³ ya da g/cm3)
m : Cismin toplam kütlesi (kg ya da g)
V : Cismin toplam hacmi (m3 ya da cm3 (mL))
Renkleri, kokuları ve tatları farklı olan sıvıları, duyu organlarımız yardımıyla birbirinden
kolayca ayırt edebiliriz. Ancak birçok özelliği aynı olan sıvı maddeleri birbirinden ayırt etmek o
kadar da kolay değildir. Sıvılarda öz kütle (ya da özgül ağırlık) ölçülürken sıvının madde miktarı
önemli değildir. Örneğin, bir bardak su ile bir sürahi suyun hacim ve kütleleri farklı olmasına
rağmen ikisinin de yoğunluğu aynıdır. Özdeş iki bardağa su konulduğunda, iki örneğin kütleleri
de eşit olur. Buna dayanarak; aynı tür maddelerin birim hacimlerinde eşit miktarlarda madde
bulunur diyebiliriz. Her maddenin birim hacminin kütlesi birbirinden farklıdır.
Sıvıların hacimleri, sıcaklık değişikliklerinden etkilendiği için yoğunluk tayini genellikle
o
20 C veya 15,6 oC’de yapılmalıdır. Bir cismin verilen ağırlıktaki hacmi sıcaklık ile değişir.
Özellikle sıvılarda ve gazlarda bu değişme büyüktür. Sıcaklık dikkate alınmaz ise özgül ağırlık
kesin olmamaktadır. Bu nedenle ağırlığı tayin edilen cismin ve aynı hacimdeki suyun sıcaklıkları
verilir. Yani, özgül ağırlığı ifade ederken cismin sıcaklığını (yani yoğunluğun tayin edildiği
sıcaklık) paya, oranlandığı standart sıvının yani suyun sıcaklığını da paydaya yazmak gerekir.
Örneğin; 15o/4o, 20o/4o, 20o/20o gibi.
Genellikle özgül ağırlık tayinleri laboratuvar sıcaklığında yapıldığından (20 oC), 20 oC deki
suyun yoğunluğu göz önüne alındığında ayrı bir işleme gerek olmadan özgül ağırlık (20 oC/20
oC) ifade edilmektedir. Özgül ağırlıklar; birbirleriyle kıyaslandıklarında ve özellikle
konsantrasyonu gösteren cetvellerden yararlanıldığında aynı sıcaklık derecesinde olmalıdır.
36
Sıvıların Yoğunluğunun Ölçümünde Kullanılan Aletler
Dalıcı ve Yüzücü Aletlerle Yoğunluk ölçümü: Sıvılarda yoğunluk ölçümü için kullanılan
dalıcı ve yüzücü aletler ‘‘Aerometre’’olarak adlandırılır. Aerometrelerin temel ilkesi, sıvının
kaldırma kuvvetinin sıvı yoğunluğu ile doğru orantılı olmasıdır. Sıvı içine daldırılarak kullanılır.
Doğrudan yoğunluğu verecek şekilde işaretlenebildikleri gibi Bome (Baumé), alkol yüzdesi, süt
yoğunluğu vb için de derecelendirilmiş olanları bulunmaktadır. Bu amaçla dansimetre,
Bomemetre, Laktodansimetre, Alkolimetre gibi aletler kullanılabilir.
Dansimetre (Yoğunluk Öl er): Yoğunluk ölçümleri için uygulamada yaygın olarak
kullanılan araçlardır. Sıvının özgül ağırlığını doğrudan verir. Genellikle kapalı bir cam tüpten
oluşmuşlardır. Tüpün alt kısmı, aracın dik durması ve gerekli ağırlığın sağlanması amacıyla
içerisinde saçma veya cıva bulunan bir kürecik şeklindedir. Üst kısmı da üzerinde yoğunluk ve
bazılarında da sıcaklık göstergesi bulunan bir cam borudan oluşmuştur. Bir sıvı içinde dengede
duran dansimetrenin sıvı yüzeyine rastlayan bölüm çizgisi karşısında okunan sayı o sıvının
yoğunluğunu verir.
Bomemetre (Yoğunluk Karşılaştırıcı): Sabit ağırlıklı bir yoğunluk ölçerdir. 1961 yılında
Baume tarafından tasarlanmıştır. Taksimatı gelişigüzel seçilmiş olan bu araç ve birim herhangi
bir çözeltinin derişiminin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Bomemetre (yoğunluk
karşılaştırıcı), çözeltideki g/cm3 olarak tuz (NaCl) miktarını ifade eder. Aynı zamanda sanayide
şekerli sıvıların, tuzlu çözeltilerin ve çeşitli çözeltilerin yoğunluğunun ölçülmesinde de
kullanılır. En fazla şıra ve şarapçılıkta kullanılır.
Laktodansimetre: Camdan yapılmış özel şekilli bir araçtır. 15 oC veya 20 oC’ye ayarlı
olanlar vardır. Genellikle 15 oC’ye ayarlı olanları süt endüstrisinde kullanılmaktadır.
Laktodansimetreler ucuz, her yerde bulunabilen ve çok çabuk sonuç veren araçlar olduğundan
laboratuvarlarda da tercih edilmektedir.
Alkolimetre: Alkol ve su karışımında ağırlık ve hacim olarak % alkol miktarını verir. Alkol
tayininde kullanılan areometreler genellikle % hacim gösterenler olup 15–56 oC’ye göre kalibre
edilmişlerdir.
37
(a)
(b)
(c)
(d)
Şekil 12. (a) Dansimetre, (b) Bomemetre, (c) Laktodansimetre, (d) Alkolimetre
Piknometre ile Özgül Ağırlık Tayini
Sıvılar için diğer bir yöntem de piknometre ile ölçümdür. Bu yöntemde bilinen hacimde
cam bir tüp, yoğunluğu ölçülecek olan sıvı ile doldurulur ve sıvının ağırlığı bulunur.
Ağırlık/hacim oranından yoğunluk hesaplanır. Piknometreler küçük, hafif ve genelde camdan
yapılmış kaplardır. 20–25 oC’deki akışkan olan bütün sıvıların özgül ağırlığını ve yoğunluğunu
tayin eden araçlardır.
Özgül ağırlık tayininde çeşitli piknometreler kullanılmaktadır. Bunlar;
Sprengel ostwald (tüpü) piknometresi
Reischauer tipi piknometreler
Boot tipi piknometrelerdir. En fazla kullanılanı Boot tipi piknometrelerdir.
Piknometre ile özgül ağırlık tayin basamakları ve dikkat edilecek noktalar:
Piknometre sıcak su veya % 4’lük potasyum ya da sodyum kromat içeren sülfürik asit
çözeltisi ile yıkanır (kromik asit çözeltisi).
Bir kez alkol veya eter ile çalkalanır ve kurutulur. Kurutmayı hızlandırmak için içerisine
kılcal bir boru ile hava verilir.
Piknometrelerde bulunan suyun ağırlığına o piknometrenin “su değeri” denir. Su değerini
bulmak için boş piknometre sabit ağırlığa getirilerek (terazi içerisinde 20–30 dakika
bırakılarak) darası alınır.
Piknometre 20 oC’deki saf su ile çizgisinin biraz üzerine kadar doldurulur.
20 oC sıcaklıktaki su banyosu içerisine oturtulan ve ortam sıcaklığına ulaşabilmesi için 30
dakika beklenir.
İçerisinde hava kabarcığı kalmamasına dikkat edilmelidir.
Daha sonra piknometrenin kapağını örtülerek fazla su taşırılır. Dış çeperi kurulanarak
tartılır.
38
Şekil 13. Termometreli ve termometresiz piknometre
PİKNOMETRE İLE ZEYTİNYAĞINDA ÖZGÜL AĞIRLIK TAYİNİ
Piknometre, önce su ile sonra etil alkolle iyice temizlenir, kurutulur ve kapaklı olarak
darası alınır (A). Taze kaynatılmış ve soğutulmuş 20 °C'daki saf su ile hava kabarcığı kalmayacak
şekilde ağzına kadar doldurulur. Kapağı kapatılır ve taşan su bir filtre kâğıdı ile iyice silinir.
Sıcaklık 20 °C'ı gösterdiği anda tartılır (A2). Sonra saf su boşaltılır ve piknometre tekrar iyice
kurutulur. Bu kez iyice karıştırılmış 20 °C'daki zeytinyağı numunesi doldurulur ve kapağı
kapatılır. Taşan zeytinyağı, filtre kâğıdı ile dikkatlice silinir ve piknometre termometresi 20 °C'ı
gösterdiği anda tartılır (A1). Numunenin yoğunluğu (Y) aşağıdaki formül ile hesaplanır.
A1
A2
A
: Yağ ile dolu piknometrenin kütlesi, g
: Su ile dolu piknometrenin kütlesi, g
: Boş piknometre kütlesi, g
39