Su Kimyası | Ders Anlatım Eğitim Blogu,Öss,Sbs,Dersler
Ocak 24, 2010 at 07:04 | Kategorilenmemiş
Bütün oksitlerin ve belki de bütün bileşiklerin en önemlisi sudur. H2O kimyasal formülüne sahip olan su molekülü çizgisel değildir. H-0-H da oksijen bağları arasındaki açı 104,5o dir. Her iki hidrojen tarafı, oksijen tarafına nazaran pozitif olduğundan molekül polar kovalent bağlar ihtiva eder ve dolayısıyla net bir dipol momente sahiptir.
Aşağıda konunun ayrıntılarına girmeden okuyucunun daha fazla yararlanabilmesi için bazı kimyasal terimler ile su analizlerinde kullanılacak bazı konular açıklanacaktır.
Kovalent Bağ: Bağların pek çoğunda elektronların bir atomdan diğerine aktarılması tam olmuş kabul edilmez. Birbirinin aynı olan iki hidrojen atomundan meydana gelen hidrojen molekülünde, hidrojen atomlarından birinin elektron vermesi, diğerinin bunu alması mantığa aykırı düşer. Böyle bir durumda elektronların atomlar arasında ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan bağa kovalent bağ denir.
Bağların Polarlığı : Cl-F molekülünde florla klor arasındaki bağı dikkate alalım. Klor da flor gibi p alt tabakasında, (en dış yörüngedeki enerji tabakası) bir elektron daha alabilecek yere sahiptir. Cl ve F atomlarının p orbitalleri arasındaki tesir neticesi bir kovalent bağ meydana gelir. Bu bağın elektron çifti zamanın daha büyük bir kısmını flor etrafında geçirir. Ve bunun neticesi flor ucu, klor ucuna nazaran daha negatif olur. Bu polarlıkta pozitif ve negatif yüklerin merkezlerine (+) ve (-) işaretleri koymak suretiyle veya elektron kaymasını gösteren, kuyruğunda + işareti olan bir okla gösterilir. Molekül elektrikçe nötraldir, ama molekül elektrik yükü dağılımı bakımından asimetriktir. İçindeki pozitif ve negatif yüklerin üst üste gelmediği moleküllere polar moleküller, iki atom arasındaki bağı meydana getiren elektron çiftinin, atomlar arasında eşit olarak paylaşılmamasından meydana gelen bağlara da polar bağlar denir. Aralarında belirli bir uzaklık bulunan negatif ve pozitif yük içeren moleküllere (ör.Cl-F) DİPOL molekül denir. Dipollük özelliği kantitatif olarak, dipol momentiyle verilir. Buda pozitif yükle negatif yük arasındaki uzaklığın yükle çarpımına eşittir. Dipol momenti Debye birimiyle ölçülür.
Bir su molekülünün H atomuyla başka bir su molekülünün O atomu birbirlerini çektiğinden, su hem sıvı nemde katı halinde meydana gelir.
Burada su molekülleri hidrojen bağlarıyla bağlanmışlardır. İki atom arasında bulunan H atomu her iki oksijen atomuna da eşit olarak bağlanmış gibi kabul edilebilir.
Hidrojen bağlarının meydana gelişi neticesinde bir oksijen atomu etrafında 4 hidrojen atomu toplanarak dev moleküller meydana gelir. Buna rağmen en basit molekül H2O dur. Çünkü verilen formüldeki dört hidrojenden birinin yarısı bir oksijene aittir. X ışını çalışmaları, buzda her bir oksijenin etrafında dört hidrojen olduğunu göstermektedir. Bu çalışmalar H atomlarını doğrudan doğruya göstermez, ama bir oksijen atomu etrafına simetrik olarak dört oksijen atomunun yerleş­tiğini gösterir. Oksijen atomları birbirlerine H bağlarıyla bağlandığına göre, bir oksijen etrafında dört hidrojen atomunun bulunması gerekir. X ışını çalışmaları, merkezdeki oksijen atomu çevresindeki (komşu su molekülleri) dört O atomunun, muntazam bir tetrahedronun (düz dört yüzlü) köşelerine yerleştiğini gösterir. Buz iki boyutlu değil, tetrahedral yapısı nedeniyle üç boyutludur. Her iki oksijen atomundan birinin etrafında bulunan dördüncü hidrojen atomu, oksijen atomunun altında ve görünmemektedir.
Bu görünmeyen hidrojen başka bir oksijenle bağ yapar ve bağı üç boyutta devam eder. Çok ilgi çekici bir husus, buz yapısının altıgen boşluklarla, bal peteğine benzemesidir. Buzun yoğunluğunun sudan düşük olmasının nedeni işte bu boşluklardır. Suyun genleşerek buz oluşturma­sı ve buzun yoğunluğunun düşük olması tabiatta sudaki canlıların yaşamını devam ettirmesini sağlar. Eğer bu buz daha hafif olmasaydı göl ve nehirlerin donması dipten yüzeye doğru olur, içindeki canlılar ölürdü. Buz daha hafif olduğundan yüzeyde bir tabaka oluşturur ve böylece alttaki suyun sıcaklığını donma noktasının üstünde bir değerde tutar.
Hidrojen ve oksijen gazları karışımı ışıkta bir reaksiyon vermez; ancak tutuşturulduklarında kuvvetle patlarlar. Bu karışıma patlayıcı gaz denir.
2 H2 + O2 à 2 H2O + 136,6 K Cal
2 mol Gaz 1 mol Gaz Su, sıvı
44,8 Litre 22,4 Litre 0,036 Litre
Bu reaksiyon sonucu, meydana gelen suyun soğutulduktan sonra sıvı halinde kapladığı hacim ihmal edilecek kadar küçük olduğundan patlama sonucu azalan hacimden reaksiyon denklemine göre 2 / 3 ünün H2 olduğu anlaşılır.
Susama Nasıl Olur ?
Angiotensine hormonu beyni su ihtiyacı konusunda uyarır. Bu uyarı, tükürük salgılamasının azalarak ağızda kuruluğa yol açmasıyla ortaya çıkar. Böbrekler tarafından üretilen bir diğer hormon ise suyun vücutta kalmasını sağlar. Böylece daha az idrara çıkarız. Alkol bu hormonun etkisini nötralize eder. Bunun sonucunda idrara çok çıkılır ve çok su içilir. Alkoliklerin çok su içme nedeni budur.
02. Suyun Donmasındaki Gizem
Su molekülünün buharda ve buzda ayrı olan eğrilmiş biçimi nedeniyle, her molekülündeki 2 hidrojen atomu, komşu 4 atomdan ikisine doğru yönelerek bunlara bağlanır. Sonuç olarak her su molekülü değişik yönelme durumundan herhangi birine olabilir. Bu durumların gerçekleşme olasılığı, komşu moleküllerin, her bir bağda tek bir hidrojen atomu bulunacak ve böylece hiçbir hidrojen bağı kopmayacak biçimde yönelmesi koşuluyla, istatistiksel olarak eşittir. Böyle bir istatistiksel düzensizlik buzun fiziksel özelliklerini büyük ölçüde etkiler ve buz kristalinin, mutlak sıfır noktasında ( – 273,15 °C ) yok olmayan bir entropi kazanmasına yol açar.
Su molekülleri sıcaklığın düşmesi sonucu doğal yapıları gereği kristaller halinde dizilmeye başlar. Böylece birbirine yaklaşarak bir çekim gücü yaratılması sonucu hegzagonal (altı yüzlü kristaller) oluşmaya başlar. Bu kristaller zincir, gibi birbirlerine bağlanmışlardır. Bu durumda moleküller altıgen bir prizma görünümündedir ve bir eksen boyunca dizilmişlerdir.(Optik eksen) iki buz kristalinin merkezleri arasındaki uzaklık 3 A° kadardır. Böylece eksenin l mikronluk uzunluğu üzerinde 3000 molekül bulun maktadır. l mikron küp boyutundaki bu kristalin içindeki molekül sayısı ise 27 milyondur. Suyun kristal oluşumu ile buz haline geçişi sırasında, boyutsal değişimlere de yol açar. Saf su, buza dönüşürken hacminin % 9 u oranında büyür. Gıdaların dondurulması sırasında hacim genişlemesi ise % 6 kadardır. Çünkü gıdalarda büyük oranda suyun yanında hava boşlukları da bulunmaktadır.
c. Çok hızlı soğutma durumunda ise, yine merkezden oluşmaya başlayan ok şeklinde buz kristalleri görülür, dallanma yoktur, küçük ince çubuklar halindeki kristaller saydamdır. Bu üçüncü özellik gıdaların dondurularak muhafazasında kullanı­lır. Yavaş dondurma sırasında oluşan büyük buz kristalleri hücre dokularını parçalar. Çözünme sırasında yapısı bozulmuş olan gıda enzim ve organizmaların hücumuna karşı direnç gösteremez.
Sıcaklık °C Fiziksel durumu yoğunluk (g/ml)
100,0 Sıvı 0,9584
Yukarıdaki tablodan da anlaşılacağı gibi su buzdan daha yoğundur . Suyun en yoğun olduğu sıcaklığın 3,98 C0 olduğu da görülür. Bu şöyle açıklanabilir; Buz eridiği zaman yapısının bozulmasıyla yoğunluğu artar. Sıcaklık yükseldikçe yapının bozulması devam eder. Ama belirli bir sıcaklıktan sonra buna karşı olan bir tesir belirir. Bu tesir sıcaklığın yükselmesiyle artan, moleküllerin kinetik enerjileridir. Bunun neticesi, hidrojen bağları kopar ve moleküller arası ortalama uzaklık büyür. Bu 3,98 C° nin üstünde çok belirgin hale gelir. 3,96 C° nin altında buz yapısının çökmesi çok önemlidir.
03. Çözücü Olarak Su
Su hem doğada ve hem de laboratuarda çok bilinen bir çözücüdür. Buna rağmen birçok maddeleri hiç çözemediğinden üniversal bir çözücü olmaktan çok uzaktır. Çözünürlüğe tesir eden çeşitli faktörler vardır. Bundan dolayı çözünmeyi tahmin etmek çok güçtür. H2O molekülleri arasında kuvvetli assosyasyon olduğundan tahmini, özelliklede su için tahmini çok daha zordur. Çözelti teşekkül edebilmesi için, su moleküllerinin komşularından ayrılıp çözünenin taneciklerine geometrik olarak yer ayırması gerekir. Bu oldukça güç ve enerji isteyen bir olaydır.
Genel olarak su, moleküller yapıdaki bileşikler için oldukça zayıf bir çözücüdür. Gazolin, oksijen, metan gibi bileşikler suda pratikçe çözünmezler. Bu gibi hallerde su molekülleriyle, molekül yapısındaki tanecikler arasındaki çekim kuvveti o kadar azdır ki açığa çıkan enerji su yapısını bozmaya yetmez. Yine de amonyak, etil alkol gibi suda bir hayli çözünen molekül yapısındaki maddeler vardır. Bu maddeler su moleküllerini suyun yapısını kıracak kadar kuvvetle çekerler. Amonyakta NH3 ün N atomuyla. H2O nün O atomu arasındaki hidrojen bağları meydana gelir. Bu hidrojen bağları, çözünmüş NH3 ün formülünün bazen NH4OH şeklinde yazılmasıyla doğrulanır. Etil alkolün sulu çözeltisinde etil alkolün oksijeniyle suyun oksijeni arasında hidrojen bağı meydana gelir. Sakarozun (C12H22O11) çözünürlüğü, o da etil alkol gibi OH grupları ihtiva ettiğinden büyük ölçüde hidrojen bağları teşekkülünün bir neticesidir.
Çözücüde iyon halinde bulunan maddeler için en iyi çözücü su olmasına rağmen, pek çok bileşiği (iyon) suda pratik olarak çözünmezler. Genel olarak, iyonlarla polar su molekülleri arasındaki çekim (hidratoasyon enerjisi) kuvveti su yapısını kıracak bü­yüklüktedir. Katı içinde, zıt yüklü iyonlar arasında da kuvvetli çekim kuvvetleri vardır. (örgü enerjisi) Bir çözeltinin meydana gelebilmesi için bu kuvvetlerin yenilmesi gerekir. Çözünürlüğün açıklanmasında, bu çekimlerin her ikisinin de dikkate alınması gerekir. Sodyum klorürde iyon – su çekimleri yeter derecede olduğundan, NaCl suda çok çözülür. Baryum sülfatta, iyon su çekimlerim sodyum klorürdeki iyon – su çekimlerinden daha büyük olmasına rağmen yine de BaSO4’ ı çözmek için yeter büyüklükte olmadığından BaSO4 suda çözünmez.
NaCl ile BaSO4 arasında bir karşılaştırma yaparken, sodyum klorürde iyonların tek yüklü, baryum sülfatta ise çift yüklü olduklarını dikkate almak gerekir. Bu iyonun yükü ne kadar büyükse polar su moleküllerinin bir ucunu o kadar kuvvetle çeker. Fakat katı içindeki yüksek yüklerde birbirlerini o kadar çok çekerler. Buna göre, yüksek yük hem çözünmeyi nemde çözünmemeyi teşvik eder. Problem gerçekten çok karışık olduğundan bu hususta tatmin edici bir teori halen geliştirilememiştir. Şurası da bir gerçektir ki hem anyon ve hem de katyon yükü büyük olan tuzların çözünürlüğü azdır. Örneğin, anyon ve katyonu çift yüklü olan BaSO4 ile anyon ve katyonu üç yüklü AlPO4, anyonu ve katyonu tek yüklü olan NaCl den daha az çözünürler. Öte yandan iyonlardan birinin yükü artırılmakla, çözünürlük fazla değişmez. Örneğin, NaCl, BaCl2 ve A1C13 önemli ölçüde çözünürler. Aynı şekilde NaCl, Na2SO4, Na3PO4 da oldukça çok çözünürler.
Yüke ilave olarak, çözünürlüğe tesir eden diğer faktörler vardır. Bunlardan bir tanesi iyon hacmidir(büyüklüğü). Genellikle bir iyon ne kadar küçükse, diğer iyonları ve su moleküllerini o kadar çok çeker. İhmal edilmeyecek bir başka faktörde, bazen gerek katı ve gerekse çözelti halinde, iyonlar arasında var olan spesifik çekim kuvvetleridir. Örneğin, gümüş klorürde Ag+ ile Cl– iyonları arasındaki Van der Waals çekim kuvvetleri sodyum klorürdeki Na+ ve Cl– iyonları arasındaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli oldukları için AgCl ün çözünürlüğü NaCl ün çözünürlüğünden daha azdır. Baryum sülfürde (BaS) sülfür iyonu suyla reaksiyona girdiğinden baryum sülfürün çözünürlüğü, BaSO4 ın çözünürlüğünden daha büyüktür.
Yapılan analizler birçok katının su molekülleri içerdiğini gösterir. Böyle katılara hidratlar denir. Örneğin nikel sülfat heptahidrat NiSO4.7H2O şeklinde gösterilirler. Bu formül bileşikte yedi molekül su olduğunu gösterir ama bunların kristal içinde nasıl bağlandıklarını göstermez. Örneğin NiSO4.7H20 da yedi molekül su da aynı durumda değildir. Bunlardan altı tanesi Ni +2 ye bağlanmış ve Ni(H20)6+2 yi meydana getirmiştir, yedincisi ise Ni(H20)6 +2 ile SO4– arasında paylaşılmıştır. Madde ise Ni(H2O)6SO4.H2O şeklinde daha iyi temsil edilir. Sodyum karbonat de hidrat (Na2CO3.10 H2O) gibi hidratlarda, su molekülleri direkt olarak iyonlara bağlanmamışlardır. Bu moleküllerin kristaldeki görevleri belki de iyonların istiflenmesini kolaylaştırmaktadır. Hidratasyon suyu ısıtılarak bertaraf edilir ve susuz maddeler elde edilir. Kristal bünyesinden suyun uzaklaştırılması yapısında değişiklikler meydana getirir. Bununla beraber, zeolitler denilen bazı silikat filizleri ve proteinler ısıtıldıklarında su kaybederler ama kristal yapılarında fazla bir değişiklik meydana gelmez. Tekrar suya bırakıldıklarında su alarak sünger gibi şişerler. Bu şekilde alınmış olan su, katı bünyesinde bulunan tünelleri yarı katı gibi doldurur.
Gerçekte , hidratasyon suyu sadece laboratuvarda çok kullanılan tuzlarda değil, başka bileşiklerde de bulunur. Örneğin, mavi bakır sülfat, CuSO4. 5H2O şeklinde veya daha iyisi Cu(H2O)SO4•H2O şeklinde gösterilirler. Asit ve bazlar bile katı hallerinde hidratlar halindedirler. Bunlara baryum hidroksit Ba(OH)2.8H2O ve oksalik asit (H2C2O4.2H2O) örnek verilebilir.
Suya NaCl ilave edildiği zaman meydana geleni çözelti nötraldir. Yani H+ konsantrasyonu OH– konsantrasyonuna eşit olup, sudaki gibi 1.10 M -7 dir. Eğer NH4Cl gibi tuzlar çözülünürse hafif asitli çözelti meydana getirir. İşte tuzlarla su arasındaki bu karşılıklı etkiler sonucu sudaki ( H3O+) = (OH–) = 1.10-7 M eşitliğinin bozulması olayına hidroliz denir.
06. Kimyasal Denge
Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyona giren maddeler ile ürünlerin dengede olduğu bir sıcaklık ve konsantrasyon vardır. Bir reaksiyon denge haline ulaşmış ise iki yöne doğru olan reaksiyon hızları birbirine eşit demektir. Örneğin
gibi bir reaksiyon olsa burada ileriye doğru olan reaksiyon hızı
Ri=k1(A)(B) ile ve geriye doğru olan reaksiyon hızı
Rg = k2(C)(D) ile ifade edilir.
Buradaki k1 ve k2 reaksiyon hız sabitleri adını alır. Köşeli parantezler ile molar konsantrasyonlar ifade edilir. Denge halinde Ri = Rg olduğundan
k1(A) (B) = k2( C )(D)
K = —– = ———-
ile reaksiyonun K denge sabiti ifade edilir.
A + 2B ↔ C + D gibi bir reaksiyonda
K = ———– ile ifade edilir.
Genel olarak ise
aA +bB ↔ cC + dD
K= ------------    yazılmakla  denge sabiti K
ifade edilmiş olur. Bu ifade şekline Kütlelerin Etkisi Kanunu denir.
Kural : Katı faz, denge sabiti ifadesinde yer almaz.
HC.l (g) + LiH (k) ↔ H2(g) + LiCl (k)
Reaksiyonda gazlar yer almıyorsa konsantrasyonlar yerine kısmi basınçlar yazılır.
06.01. Denge Sabitinin Sayıca Değeri Nasıl Bir Anlam Taşır?
Zn(k) + Cu+2(aq) ↔ Cu(k) +Zn+2(aq)
k = ———- =2 x1037
Yukarıdaki reaksiyonda K, birden büyüktür. O halde dengede, ürünlerin konsantrasyonu reaksiyona girenden fazladır. K birden küçük olsaydı tersi söz konusu olurdu.
BaSO4 (k) ↔ Ba+2 (aq) + SO4-2 (aq)
k = (Ba+2) .(SO4=) = 1.10-10
Burada K birden küçüktür . Bu gibi hallerde ya ürünlerin konsantrasyonları çok küçük veya ürünlerden birinin konsantrasyonu büyük ise öteki çok küçük olmalıdır.
Kısaca dengeye nelerin etki ettiğini şöyle belirtebiliriz,
Konsantrasyon değişimi Hacim veya basınç değişimi Sıcaklık değişimi
07. Çözünürlük Çarpımı ve Çökme
Suda az çözünen tuzlar bir heterojen denge meydana getirirler. Burada denge deyiminden çözünme hızının çökme hızına eşit olduğu anlaşılır. Suda az çözünen bir tuz olarak AgCl ü ele alalım. Bu tuz
AgCl (k) ↔ Ag+ (aq)+ Cl–(aq) reaksiyonu gereğince bir miktar çözünecektir. Bu reaksiyonun denge sabiti
K’ = —————– AgCl katı faz olduğundan
(sabit) yeni bir sabit ile
Ksp – K’ (AgCl) = (Ag)(Cl) yazılır. Ksp ye tuzun çözünürlük çarpımı denir. Saf suya bir miktar AgCl verilecek olursa çözeltideki bütün Ag+ ve Cl– iyonları AgCl ün çözünmesinden meydana gelir. Ortama dışarıdan Cl– iyonları verilirse sistem Cl– iyonlarını harcayacak yönde yani katı AgCl iyonları oluşacak yönde harekete geçer. Ag+ ve Cl– çarpımı Ksp ye eşit oluncaya kadar Cl– harcanır. Cl– iyonları yerine Ağ+ iyonları ilave edilirse aynı yönde yani sağdan sola reaksiyon olur, ve Ağ+ harcanır.
Ksp nin değeri belli bir sıcaklık için sabittir. Sıcaklık değişirse Ksp de değişir. Çözünürlük çarpımı ifadesinde iyonlardan birinin konsantrasyonu artarsa ötekinin azalması gerekir ki çarpımı sabit olsun. Bu özellikten faydalanarak çöktürme reaksiyonları kantitatif olarak yapılabilir.
AgCl (k) ↔ Ag+(aq) + (Cl–)(aq) olayını ele alalım . 1 litre saf suda S mol AgCl çözünürse S mol Ag+ ve S mol Cl– iyonu meydana gelecektir.O halde
Ka = (Ag+)(Cl–) = S.S = S2 olur. Eğer belli bir sıcaklık içinde bu tuza ait çözünürlük çarpımı verilmiş ise bu tuzun çözünürlüğü (S) yani litrede kaç mol AgCl çözündüğü, çözeltideki Ag ve Cl iyonları konsantrasyonunu hesaplayabiliriz. Aşağıda bu konuda iki adet çözülmüş örnek verilecek ve bununla yetinilecektir.
ÖRNEK: Oda sıcaklığında AgCl ün çözünürlük çarpımı Ksp=1.10-10 dur.
a. Bu tuzun çözünürlüğünü,
b. Ag+ ve Cl– iyonları konsantrasyonunu bulunuz.
AgCl (k) ↔ Ag+(aq) + Cl-(aq)
1.10-10 = S.S
S=V 1.10-10 = 1.10-5 M
O halde litrede 1.10-5 mol AgCl çözünür. S mol AgCl den S mol Ag+ ve S mol Cl– iyonları oluşacağından
(Ag+) = (Cl–) = 1.10-5 M olur.
Acaba litrede kaç gram AgCl çözülür?Yukarıda litrede 1.10–5 mol AgCl çözündüğünü bulduk. Bu kadar mol AgCl ün kaç gram olduğunu hesaplamakla soruyu cevaplandırırız. AgCl ün formül ağırlığı 108 + 35,5 – 143,5 gr olduğundan 143,5 . 10-5 gram AgCl 1 litre suda çözülür. O halde AgCl ün çözünürlüğü 1.10-5 mol/litre ve 143,5 . 10-5 gram/litre dır.
ÖRNEK: 25°C da Ag2CrO4 ait Ksp – 2.10-2
AgCl a ait Ksp = 2,8 . 10-10 dur. Buna göre bu tuzlardan hangisinin çözünürlüğü fazladır.
Ag2Cr04(k) ↔ 2Ag + (aq) + CrO4-2(aq)
Ksp = (Ag+)2 . (CrO4-2) = (2S)2(S) = 4S3
4S3 = 2.10-2
S = 8.10-5 M
AgCl (k) ↔ Ag(aq) + (Cl–)(aq)
Ksp = (Ag+)(Cl–) = S2
S = 1,7 . 10-5 M
O halde Ag2CrO4 ün çözünürlüğü daha büyüktür. Bir tuzun gr/lt olarak çözünürlüğü bilinirse Ksp çözünürlük çarpımı hesaplanabilir.
Çözünürlüğü az olan bir tuzun bir çözeltiden çöktürülerek ayrılabilmesi için çözeltideki iyon konsantrasyonları tuzun der konsantrasyonundan büyük olması gerekir. İyon konsantrasyonları denge konsantrasyonlarına eşit oluncaya kadar tuz katı faz halinde çözeltiden ayrılır.
İyon konsantrasyonları denge konsantrasyonundan ne kadar büyükse katı fazın ayrılması o kanar hızlı olur. Suda az çözünen tuz olarak gümüş bromür alsak çözeltide
(Ag+)(Br–) > Ksp ine AgBr çöker.
Çökme nin tamamlanması ile (Ag+)(Cl–) = Ksp dengesi kurulmuş olur.
ÖRNEK: 50 ml 0,2 M Na2SO4 i1e 50 ml O,6 M BaCl2 çözeltileri karıştırılırsa çökme olur mu?
Toplam hacim 100 ml olduğundan
(Na2S04) = (S04-2) = —– = 0,1 M
(BaCl2)=(Ba ++ ) = ——— = 0,3 M
(Ba+2).(SO4=) = 0,3 . 0,1 = 3,10-2
3.10-2» l,2 . 10-10 o halde çökme olur.
CaF2 ait K sp = 1,7.10-10 dur.
50 ml 5.0.10-4 M Ca(N03)2 ile
50 ml 2,0.10-4 M NaF karıştırılırsa çökme olur mu ?
(Ca++) = (5,0×10-4 / 2) = 2,5x 10 -4 M
(F–) = (2.0×10-4 / 2 ) =1,0 x10-4 m
CaF2 (k) à Ca++ (aq) + 2F– (aq)
(2,5 . 10-4)(1,0 . 10-4) = 2,5 . 10-12
2,5 . 10-12 < 1,7 . 10-10 olduğundan çökme olmaz.
07.02. Bir Çökeleğin Çözülmesi
Bunun için gerekli şart, çözeltideki iyonların konsantrasyonları denge konsantrasyonundan küçük olmalıdır. Dengeyi kurmak için katı fazdan sulu faza iyonlar geçer yani çözünme olur.
Çökeltideki iyon konsantrasyonlarını küçülterek çökeleğin çözünmesini sağlamak için şu yollar izlenir.
i ) Su ile seyreltme (uygulaması pratik değil)
ii ) Isıtmakla çözünürlük artırılır. (uygulaması pratik değil)
iii) Asit ilavesiyle (çökeleğin anyonu kuvvetli bir baz ise
asit ilavesi ile çözünür. BaCO3 bulunan çözeltiye asit ilave edecek olursak,
CO3= + H3+O à HCO3– + H2O
HCO3– + H3+O à H2CO3 + H2O
H2CO3 à CO2 + H2O reaksiyonları olur.
Çözeltideki karbonat iyonları konsantrasyonu devamlı küçülür ve katı fazdan yeniden bir miktar CO3 iyonları çözeltiye geçerek iyonlar konsantrasyonu çarpımını Ksp ye denk yapmaya çalışır. Asit ilavesine devam edilirse BaCO3 in tamamı çözülür.
iv) Kornpleksiyon yaparak çözünme; Birden fazla yüklü tanecik ulunduran iyonlara kompleks iyon denir. SO4= gibi iyonlar bu tanıma girmezler. Çünkü bu iyon daha küçük iyonlara ayrışmaz. Fakat Ag (NH3)2+ bir kompleks iyondur.
Az çözünen bir tuz kompleks oluşturan iyon yanında çözünür.
08. Su ile İlgili Değerler
Saf Suyun Atmosferik Basınçta Yoğunluğu
Kaynak:International Critical Tablee
Suyun Özgül Hacmi cm3/gr
Suyun Isı İletimi 10-5 W / (cm)(C°)
k 10-5 W/cm C°
Kaynak: International Critical Tables
Yüzey gerilimi dyn/cm
Bazı Maddelerin Çeşitli Sıcaklıklarda Sudaki Çözünürlükleri (gr/Lt)
Bazı Bileşiklerin Birbirine Dönüştürülmesi İçin Çarpılması Gereken Faktörler
Çevrilmesi istenen değer
HCO3 değeri (mg/lt olarak) x 0,8202 = …………………………. mg/lt CaCO3
Ca++ (mg/lt) x 2,497 -………………………….. mg/lt CaCO3
Bazı Bileşiklerin Değişik Birimlerine Çevrilebilmesi İçin Çarpılması Gereken Faktörler Cetveli
A: Milival, litrede miligrama çevirmek için çarpılması gereken faktör
B: mg/lt veya ppm değerini milivale çevirmek için çarpılması gereken faktör
C: mg/lt değerini, mg/lt CaCO3 değerine* çevirmek için çarpılması gereken faktörler
Bikarbonat HCO3 –
Kalsiyum karbonat CaCO3
Kalsiyum sülfat CaSO4
Demir bikarbonat FeCHCO3)2
Demir 2 karbonat FeCO3
Deniz Suyunun Bileşimi
0,16 – 1,9 mg/lt
0,04 – 8,6 mg/lt
0,03 – 0,9 mg/lt
0,005 – 0,014 mg/lt
0,004 – 0,005 mg/lt
0,003 – 0,024 mg/lt
0,001 – 0,09 mg/lt
0,002 – 0,02 mg/lt
0,001 – 0,01 mg/lt
8 x 10-11 mg/lt
Bazı Birincil Standartların Molekül Ve Eşdeğer Ağırlıkları
09. Sularda Kimyasal Analiz Sonuçlarının Gösterilmesi
Yapılan herhangi bir analizin sonucunun verilmesi, değişik birimle ifade edilmiş bir sonuç bulunduğunda yadırganmaması gibi nedenlerle son derece önemlidir. Ayrıca birimler dışında sonuçlar çeşitli diyagramlarla da verilmektedir.
Bu açıklamalar çeşitli yayınlarda yer almaktadır. Burada da bu kaynaklardan faydalanılarak tek kısımda verilmesi mümkün olmasına rağmen okuyucunun daha rahat değerlendirebilmesi açısından aynı konu ileriki bölümlerin arasında değişik yayından alınan şekliyle bir kez daha verilecektir.
Analiz sonuçlarının sayısal olarak gösterilmesinde eriyebilen tuzlar oluşturmak, iyon şeklinde belirtmek, miligram yada miliekivalen cinsinden ifade etmek yolları izlenir. Suların kimyasal analiz sonuçları ifadesinde en yaygın şekil, erimiş maddelerin litrede miligram olarak belirtilmesidir. Kısaca ya mg / lt veya mgl olarak yazılır.Bazı kimya laboratuarlarında analiz sonuçlarını “milyonda bir kısım” (part per million) ya da kısaltılmış şekilde ppm şeklinde vermektedirler. mg/lt ile ppm arasında ise şöyle bir ilişki vardır,
Ağırlık Olarak ppm =—————
Analizini yaptığımız sıvı su olduğuna göre ve genelliklede özgül ağırlığı l e çok yakın olduğu için (genelde normal bir laboratuarda bu değer l olarak alınır. Ancak çok yüksek mineralli örneğin madensuyu gibi bir suda bu değer değişebilir ama o da bu sonuçları etki etmez) ppm değeri mg/lt değerine eşit olarak alınmaktadır. Buna rağmen bazı ülkeler etiket üzerindeki değerleri mutlak ppm değerinde istemektedirler. Özellikle ihracat yapacak firmalar etiketi hazırlamadan bu konuyu araştırması gerekmektedir.
Genel olarak tuzluluğu (toplam erimiş madde miktarı) 10 000 ppm den az olan sular için ppm ile mg/lt değerleri arasındaki fark gözetilmemektedir.
Sık sık kullanılacak hacım ölçülerini verecek olursak,
l litre = 100 cl = l000 ml = 1000 cm3
l ml = l cm3
l m3 = 1000000 cm3 = 1000 lt = l ton
l damla = 0,05 ml l dm3 = 1000 cm3= 0,0353 cu ft
Analiz sonucunda saptanan anyon ve katyonların kimyasal aktiviteleri göz önüne alınmak istendiğinde, bunlar litrede miliekivalan olarak belirtilir. Kısaltılmış olarak meql şeklinde gösterilir, l miliekivalan (meq)
Atom veya molekül ağırlığı
meq = ————————————–
Örneğin litresinde 460 mg Na bulunan bir kaplıca suyunda bu miktar,
rNa = —— = 20 meql ye karşı gelmektedir.
Bazı değerlerin birbirine dönüşümü verilmek istenirse, (Bu değerler tablolarda daha geniş şekilde verilmiştir.)
ppm değerinden meq/lt ve milival değerlerine çevrim
A : Bileşenler
B : mv den mg/lt ye dönüşüm faktörü
C : mg/lt den mv e dönüşüm faktörü
D : mg/lt den mg/lt CaCO3 a dönüşüm faktörü
Bazen de analiz sonuçları milyonda ekivalan (equivalan per million (epm) şeklinde verilmektedir.
10. Kimyasal Analiz Sonuçlarının Diyagramlarla Gösterilmesi
İyon şeklinde verilen kimyasal analiz sonuçları arasında bir karşılaştırma yapmak ve sınıflandırmak amacı ile çeşitli diyagramlar yapılır.
Bunlar arasında en çok,
a. Kolon şeklinde
b. Üçgen şeklinde
c. Kare şeklinde
d. Işınsal şekilde
e. Düşey logaritmik olarak gösterilenleri kullanılmaktadır.
a. Kolon Şeklinde Diyagramlar
Bu şekildeki diyagramlarla kimyasal elementlerin miliekivalan veya % olarak reaksiyondaki miktarları gösterilir. Bu amaçla yan yana çizilen iki kolondan birine aşağıdan yukarıya doğru, arka arkaya rCO3 , rSO4 , rCl anyonları, diğerine de rCa, rMg ve rNa + rK katyonları miliekivalant veya % olarak işaretlenir. (İyonlardan önce yazılan r harfi miliekivalant miktarı olduğunu gösterir)
Kolon diyagram Kare diyagram
b. Kare Diyagramlar
Bu tür diyagramlar bir karenin her kenarını 100 eşit parçaya ayırmakla elde edilir. Karenin karşılıklı iki kenarı üzerinde % olarak iyonların reaksiyondaki miktarları ve iki katyon grubu (r % Ca + r % K ) grubu ile iki anyon (r % Cl + r % SO4 ve r % HCO3 ) grupları işaretlenir. Buna göre yeraltı suyunun kimyasal bileşimi tek nokta ile gösterilir.
c. Işınsal Diyagramlar
Bu diyagramlarda iyonların % olarak reaksiyondaki miktarları, ışınların kesim noktasından itibaren eksenler üzerinde gösterilir. Eksen sayısı 4-8 arasında değişmektedir. Grafiğin ölçeği logaritmik veya aritmetik olabilir.
Frey ve Girard diyagramları
d. Üçgen Diyagramlar
Bu diyagramlarda daima iyonların reaksiyonlardaki % miktarları % miktarları ifade edilmektedir. Bu gaye ile eşkenar bir üçgenin her kenarı 50 eşit parçaya bölünerek bir diyagram hazırlanır. Diyagram çizilirken 2 üçgen alınır. Bunlardan birincisi (ABCİ) üzerine üç esas anyon (SO4, CO3 , Cl ), ikincisine (A’B’C‘) üç esas katyon (Ca, Mg, Na+K) taşınır.
Her üçgen alanı biri karışık bölge, diğerleri ise bir tek iyonun çoğunlukta olduğu 4 bölgeye ayrılır. Böylece ABC üçgeni üzerinde sülfatlı, klorürlü, karbonatlı ve karışık olan yeraltı suları A’B’C’ üzerinde de kalsiyumlu, magnezyumlu, sodyumlu ve karışık bileşimli yeraltı suları gösterilmiş olur.
Yeraltı sularını kimyasal bileşim bakımından kararlaştırmak için yukarıda belirtilen üçgenlerin üzerine 6 esas iyon grubu yerleştirilir. Ca için koordinat başlangıcı AC kenarı, Na+r%K için BC kenarı, Mg için ise AB kenarıdır. Kenarlara paralel çizilen A’B’, A’C’ ve B’C’ doğrularının kesim noktası esas katyonları belirten D noktasını verir. Anyonlar içinde, benzer işlem yapılarak E noktası bulunur.
Üçgen diyagramlar üzerinde katyon ve anyonları gösteren bu noktalar verilen noktanın karakterini belirtir. Alt şekildeki D noktası sodyumlu, E noktası da karbonatlı bölgede bulunduğundan bu yeraltı suyunun Sodyum Karbonatlı bir karaktere sahip olduğu anlaşılır.Aynı kökenli suların, aynı iyonları bu üçgenler üzerinde, aynı bölgelerde gruplar oluştururlar.Üçgen diyagramların kimyasal analiz sonuçlarına göre yeraltı sularının karakterlerinin saptanmasında ve kaynakların birbirleri ile karşılaştırılmasında diğer gösterme şekillerine oranla büyük üstünlükleri vardır.
e. Düşey Logaritmik Diyagramlar
H. Schoeller tarafından ortaya atılan bu diyagramlar Ca, Mg Na, Cl, SO4 ve CO3 miktarlarını belirten noktaları taşımaya yarayan eşit aralıklı 6 tane düşey logaritmik eksenden oluşur.
Düşey logaritmik diyagramlar a. Kalsiyum sülfatlı sular b. Sodyum sülfatlı sular 6 iyon ekseninin her biri litrede miligram veya miliekivalan olarak derecelenmiştir. mg/lt olarak iyon şeklinde ifade edilmiş olan analiz sonuç­ları doğrudan doğruya diyagram üzerine taşınırlar ve bu nokta­lar birleştirilerek kırıklı bir doğru takımı elde edilir.Bu çiz­gilerin durumu.konsantrasyona bağlı olarak değişir.Kimyasal bi­leşimleri aynı veya birbirlerine çok yakın olan suların grafik­leri birbirine paraleldir.