ANALİTİK KİMYA Yrd. Doç. Dr. N. İzzet KURBANOĞLU 1. BÖLÜM ANALİTİK KİMYA Yrd. Doç. Dr. N. İzzet KURBANOĞLU

TANIM Bir maddenin bileşenlerinin ya da bileşenlerden bir bölümünün niteliğinin ve niceliğinin belirlenmesini inceleyen bilim dalına analitik kimya denir. Maddenin, nitelik ve niceliklerinin belirlenmesinde "analiz" den yararlanılır.

Analiz Verilen bir numunede yer alan farklı bileşiklerin, moleküllerin, atom gruplarının, iyonların veya elementlerin aranması ve bunların hangi oranda olduğunun belirlenmesi için yapılan çalışmaların tümüne "analiz veya analitik çalışma " denir. Analitik kimyada, kimyasal analiz • Nitel analiz (Kalitatif analiz) • Nicel analiz (Kantitatif analiz) Olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir.

NİTEL ANALİZ Bir maddenin hangi bileşenlerden ( element veya bileşiklerden) meydana geldiğini bulmaya yarayan analiz türüne Nitel analiz veya Kalitatif analiz denir. Buna göre, verilen bir analiz örneğinde "kaç farklı cins? veya "kaç farklı tür?" madde var sorularına yönelik tüm cevaplar "nitel analiz" ile cevaplandırılır.

MİKTARA BAĞLI ANALİZ TÜRLERİ Bir analiz için uygulanacak analiz metodu, madde miktarına bağlı olarak değişir. Buna göre analiz beş farklı şekilde ifade edilir:

MİKTARA BAĞLI ANALİZ TÜRLERİ Makro Analiz: 50 mg’dan çok. Yarı Mikro Analiz: 10-20 mg. Mikro Analiz: 1-10 mg Ultra-Mikro Analiz: 0,001-1 mg Sub-Mikro Analiz:0,001 mg’dan az.

MİKTARA BAĞLI ANALİZ TÜRLERİ Bunlardan ilk ikisi öğrenci laboratuarlarında, diğerleri ise bilimsel çalışmalarda kullanılır. Öğrenci laboratuarlarında yarı-mikro analizin uygulanması, yer, zaman ve madde harcanması açısından ekonomiktir.

NİTEL ANALİZ ÇALIŞMA ARAÇLARI 1-DENEY TÜPÜ:   Kimyasal reaksiyonların gerçekleştirildiği veya çözeltilerin konulduğu, uzun, içi boş cam malzemelerdir. Ateşe dayanıklı olanlar pyrex camdan yapılmıştır. Isıtma veya kaynatma deneylerinde tüp hiçbir zaman ¼’ten fazla doldurulmamalıdır. Çünkü sıvı kaynama sırasında taşabilir.

2-DAMLALIK ŞİŞELERİ: Bunlar genel olarak 50 ml’ liktirler. Renksiz veya koyu renkli camdan yapılmışlardır. Kapakları olukludur. Şişe eğildiği zaman içindeki solüsyonun damla damla akmasını sağlar. Boya solüsyonları ve indikatörler için kullanılabilir.

3-BAGETLER: 2-3 mm çapında 10-15 cm uzunluğunda karıştırma gibi işlemlerde kullanılan ve içi dolu cam çubuklardır. Çeşitli boy ve çapta olurlar.

4-PİSETLER: Distile su kullanımı için gerekli kaplardır. Cam veya plastik olabilir. Pisetler 3 şekilde kullanılır:

a)Fazla miktarda su gerekli olduğu zaman piset kavranır ve lastik tıpanın fırlamaması için başparmak ile bastırılarak kısa ucuna doğru eğilir. b)Daha az su ihtiyacı kısa uçtan üfleyerek sağlanır. Su aşağıya eğik uçtan çıkar. c)Çok az miktarda su ihtiyacında ise önce kısa uçtan üflenerek bir miktar su çok dikkatlice ve hafifçe üfleyerek küçük damlacıklar halinde istenilen kaba aktarılır.

5-PİPETLER: Bir solüsyondan belli hacimde sıvı almaya yarayan özel cam borulardır. Uç kısımları ince ve uzundur.

PİPETLERİN KULLANIMI a) Önce pipet üst ucuna yakın kısmından sağ elin başparmağı ve son üç parmağı arasında tutulmalıdır. İşaret parmağı ise sıvıyı çekince akmaması için üst ucu tıkamaya hazır olacak şekilde serbest olmalıdır. b) Pipetin uç kısmı alınacak sıvı içine daldırılır ve pipete sıvıyı çekerken hava girmemesine dikkat edilmelidir.

6-BÜRETLER: Titrasyon için kullanılırlar. Büretler de bir çeşit pipettir, fakat bunların boşaltma ucundaki sıvının akışını kolayca kontrol edebilmek için bir kapama musluğu vardır. Kapasitesi 2 ml veya daha az olanlarına mikrobüret denir. Büretlerin içine konan çözeltiler genellikle normal çözeltilerdir.

7-ÖLÇÜ BALONLARI: Belli hacimde, alt kısımları yuvarlak ve şişkin, üst kısımları silindirik, ince uzun boyunlu kapaklı cam kaplardır. Boyun kısmında bir kalibrasyon çizgisi bulunur. Bu çizgiye kadar aldıkları sıvı miktarı üzerlerinde yazılıdır. Çeşitli hacimlerde bulunur. Hassas çözeltiler ve ayıraç hazırlanmasında, bir maddeyi belli oranda seyreltmek gibi işlemlerde kullanılır.

NİTEL ANALİZ İÇİN NUMUNENİN HAZIRLANMASI Nitel analizde, analizi yapılacak örnekler katı veya sıvı olabilir. Numunenin katı olması halinde, katının önce çözünür hale getirilmesi gerekir. Bunun için katı önce suda, sonra sırasıyla HCI, HNO3’ de çözülür. Bunların içinde çözünmeyen maddeler süzülüp kurutulduktan sonra bir krozede KHSO4 ile yüksek dereceye kadar ısıtılır. Isıtmadan maksat, çözünmeyen maddeleri alkali tuzları haline dönüştürmektir. Soğutulan kroze içerisindeki numune önce 3-5 ml su, 3-5 ml 3M HNO3 içerisinde çözünür. Çözünmeyenler Na2CO3 + KNO3 karışımı ile tekrar eriğik yapılır. Burada çözünmeyenlerde, NaOH + S karışımı ile eriğik yapılır. Bir numunedeki alkali metalleri aramak için NH4Cl+ CaCO3 eriğiyi, birçok katı maddeler için iyi bir çözücü olan Na2O2, NaOH + KOH, Na2CO3 + KNO3, Na2CO3 eriğiyi kullanılır. Analizi yapılacak maddenin alkali tuzlarıyla birlikte kızıl dereceye kadar ısıtılması işlemine ERİĞİK denir

NİTEL ANALİZ İÇİN İŞLEM BASAMAKLARI 1-Çöktürme: Çözeltideki bir iyonun az çözünen tuzu haline dönüştürülmesidir. AgNO3 + NaCl AgCl(k)+NaNO3 tepkimesinde oluşan AgCl suda çökelek oluştururken NaNO3 suda çözünür. Ör.:Pb(NO3)2 + 2KI PbI2(k)+ 2KNO3 tepkimesinde oluşan PbI2 sarı renkli çökerken, KNO3 suda çözünür.

2-Süzme:Çöktürülen maddenin sıvıdan ayrılması işlemidir 2-Süzme:Çöktürülen maddenin sıvıdan ayrılması işlemidir. Bu işlem yapılırken uygun süzgeç kağıdı kullanılır. Süzme işlemi yapmak için süzgeç kağıdı iki kere katlanır. Katlardan birisi açılarak huniye yerleştirilir. Süzgeç kağıdı suyla ıslatılır. Karışım yavaş yavaş süzgeç kağıdı üzerine dökülür. Süzme işleminin aşamaları aşağıdaki şekildedir: A B C D

3-Çökeleklerin Yıkanması: Bir çökelek ana çözeltiden ne kadar iyi ayrılırsa ayrılsın yıkanması gerekir. Çökelek adsorpsiyon veya benzer olaylarla yabancı maddeler içerebilirler. Çökelekteki yabancı maddelerin uzaklaştırılması için çökelti yıkanmalıdır. Yıkama iki kez yapılmalıdır. Yıkama suyu olarak genellikle saf su kullanılır.

4-Kurutma: Kimyasal maddeler, çökelekler, cam malzemeler 110 C0 tutulan etüvde kurutulur. Etüvler değişik hacimlerde olup, sıcaklık 60°C ile 250°C arasında analog veya dijital termostat ile ayarlanabilen, ısıtma, pişirme veya kurutma amaçlı olarak kullanılan laboratuar fırınları'dır

5-Buharlaştırma: Buharlaştırma işlemi, çözeltideki sıvının uçurularak kuru hale getirilmesi yada çözeltinin hacmini azaltmak amacıyla yapılır. Buharlaştırma kroze veya 20-25 mL beherde açık havada yapılır.

NİCEL ANALİZ Bir numunedeki bileşenlerden her birinin miktarlarını sayısal olarak bulmaya yarayan analiz türüne Nicel analiz (kantitatif analiz) denir. Öte yandan analiz örneğinde "ne kadar?"," hangi oranda?" madde var sorularına yönelik tüm cevap arayışları ise "nicel analiz" ile belirlenir. Genel olarak bir numunenin önce nitel analizi, sonra nicel analizi yapılır.

NİCEL ANALİZ: Metotlar yönünden klasik ve modern olmak üzere ikiye ayrılır Klasik metotlar; maddenin kütle ve hacim özelliklerine dayanan metotlardır. Buna göre maddenin kütlesi göz önüne alınarak yapılan analize gravimetrik, maddenin hacmi göz önüne alınarak yapılan analize de volümetrik analiz denir. Her iki analizde günümüzde yoğun olarak kullanılmaktadır.

Modern metotlara; ise enstrümental analiz de denir Modern metotlara; ise enstrümental analiz de denir. Bu metotlar maddenin: ışık apsorbsiyonu, ışık emisyonu, magnetik özellikleri, elektriksel özellikleri, radyoaktiflik gibi özellikleri üzerine kurulmuştur.

Enstümental analiz klasik analizden daha hassas, daha az zaman alıcı ve daha kolay olmakla beraber, sonuçlarının değerlendirilmesi için uzman kimyacılara ihtiyaç vardır.

Nicel Analiz Yapılırken İzlenmesi Gereken Basamaklar 1) Yöntem Seçimi: İstenilen doğruluk seviyesi ve numune sayısı dikkate alınır. 2) Numune Alma: Madde yığını tam olarak temsil edilmelidir. 3) Numune Hazırlama ve Çözme: Numunenin çözünür hale getirilmesi ya da analize kadar bozulmadan korunması. Sonrasında homojen çözeltilerin hazırlanması.

Nicel Analiz Yapılırken İzlenmesi Gereken Basamaklar 4) Bozucu Etkilerin Giderilmesi: Ayırma yöntemlerine ihtiyaç duyulur. 5) Ölçüm: Analit ile bilinen maddenin ölçülen büyüklükleri arasında orantı kurulur. 6) Sonuçların Hesaplanması: Numunenin toplam kütlesi, seyrelme ve stokiyometrik faktörler dikkate alınmalıdır. 7) Sonuçların Güvenilirliği: Analiz sonuçları istatistiki olarak değerlendirilerek anlamlı sonuçlar halinde sunulmalıdır

NİCEL ANALİZ DÖRT AYRI YÖNTEMLE YAPILIR 1- GRAVİMETRİK ANALİZ 2- VOLUMETRİK ANALİZ 3- ENSTRÜMENTAL ANALİZ 4- GAZOMETRİK ANALİZ

2. BÖLÜM ÇÖZELTİLER

ÇÖZELTİLER Bir maddenin başka bir madde içinde, gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler hâlinde dağılmasıyla oluşan homojen karışımlara çözelti denir.

ÇÖZELTİLER Çözeltiyi oluşturan maddelerden genellikle miktarı çok olana çözücü, az olana çözünen denir. Çözücü, genellikle çözeltinin fiziksel durumunu belirler.

ÇÖZÜNME OLAYI Çözünme olayı, çözücü ve çözünenin homojen olarak karışması ile gerçekleşir. Bir madde diğeri içinde çözündüğünde, çözünenin tanecikleri çözücü içerisinde homojen olarak dağılır ve çözünen tanecikleri, çözücü molekülleri arasında yer alır. Böylece maddeler birbiri içerisinde çözünmüş olur.

ÇÖZÜNME OLAYI Bir maddenin diğer bir madde içerisinde çözünebilmesi için aşağıdaki basamakların gerçekleşmesi gerekir: Çözünen taneciklerini bir arada tutan bağın koparak birbirinden uzaklaşması (enerji gerekir). Çözücü taneciklerini bir arada tutan bağın kopması (enerji gerektirir).

ÇÖZÜNME OLAYI Çözücü taneciklerinin çözünen taneciklerini çekmesi (enerji verir). Örnek: A2 ve B2 maddeleri için A2 çözücü, B2 çözünen olsun. Çözünmenin gerçekleşmesi için aşağıdaki bağ kopması ve bağ oluşması olaylarının gerçekleşmesi gerekir. Birinci aşamada A-----A ve B----B arasındaki bağlar kopar. Sonra A ile B birbirini çekerek A------B arasında bağ oluşur. Çözünmenin olabilmesi için A-----B arasındaki çekme kuvveti ( c), A-----A ve B----B arasındaki çekme kuvvetinden (a) ve (b) büyük olması gerekir. Eğer c kuvveti a ve b kuvvetinden küçükse çözünme gerçekleşmez.

ÇÖZÜNÜRLÜK Herhangi bir sıcaklıkta belirli miktar çözücüde çözünebilen madde miktarına, o maddenin o koşullardaki "çözünürlüğü" adı verilir.

ÇÖZELTİ ÇEŞİTLERİ Çözeltiler; Fiziksel hallerine göre, Çözücü ve çözünen madde miktarına göre, Çözünen maddenin azlığına, çokluğuna göre, Elektrik akımını iletip iletmemesine göre olmak üzere dört şekilde gruplandırılabilir.

a) Fiziksel Hallerine Göre Çözeltiler : Çözeltiler, çözücü maddenin haline göre, katı–katı, sıvı–sıvı, gaz–gaz, katı–sıvı, sıvı–katı, sıvı–gaz çözeltileri olarak gruplandırılırlar

1- Katı – Katı Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü ve çözünen katıdır. Alaşımlar katı – katı karışımından oluşan homojen karışımlardır ve homojen çözeltilerdir. Örnek: • Bakır + Kalay → Bronz (Tunç) • Bakır + Çinko → Pirinç • Kurşun + Kalay → Lehim • Nikel + Krom + Demir + Karbon → Paslanmaz çelik

2- Sıvı – Sıvı Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü ve çözünen sıvıdır. Örnek: • Su + Alkol → Kolonya • Su + Asetik Asit → Sirke 3- Gaz – Gaz Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü ve çözünen gazdır. Örnek: • N2 + O2 + CO2 + H2O buharı → Hava

4- Sıvı – Katı Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü sıvı, çözünen katıdır. Örnek: • Tuz + Su → Burun Damlası (Tuzlu Su) • Şeker + Su → Şerbet (Şekerli Su) 5- Katı – Sıvı Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü katı, çözünen sıvıdır. Örnek: • Gümüş + Cıva → Amalgam 6- Sıvı – Gaz Çözeltileri: Bu tür çözeltilerde çözücü sıvı, çözünen gazdır. Örnek: • Oksijen + Su → Deniz Suyu • Karbondioksit + Su → Kola, Gazoz, Soda gibi..

Aşırı doymuş, b) Çözücü ve Çözünen Madde Miktarına Göre Çözeltiler: Doymamış, Doymuş çözeltiler olarak üç grupta incelenir.

Aşırı Doymuş Çözelti: İçerisinde çözebileceğinden daha fazla çözünen madde bulunduran çözeltilerdir. Fazla olan madde zamanla çözünmeden dibe çöker. 2. Doymamış Çözelti: İçerisinde çözebileceğinden daha az çözünen madde bulunduran çözeltilerdir. 3. Doymuş Çözelti: İçerisinde çözebileceği kadar çözünen madde bulunduran çözeltilerdir.

c) Çözünen Maddenin Azlığına ve Çokluğuna Göre Çözeltiler: Derişik, Seyreltik çözeltiler olarak iki grupta incelenir.   Derişik Çözelti: Çözücüsü az, çözünen fazla olan çözeltilerdir. Seyreltik Çözelti: Çözücüsü fazla, çözüneni az olan çözeltilerdir.

d) Elektrik Akımını İletip İletmemesine Göre Çözeltiler: Bir çözeltinin elektrik iletkenliği çözeltideki yüklü tanecikler aracılığı ile gerçekleşir. Buna göre çözeltiler, elektrik akımını iletip iletmemesine göre, Elektrolit, Elektrolit olmayan çözeltiler olarak iki grupta incelenir.

1- Elektrolit Çözeltiler: Suda çözündüğü zaman iyonlarına ayrılan iyonik yapılı bileşiklerin suda çözünmeleri ile oluşan çözeltiye elektrolit çözeltiler denir. İyonik yapılı bileşikler suda çözündüklerinde ayrılan (+) ve (–) iyonlar (elektrik yüklü tanecikler), çözeltide hareket ederek elektrik akımının iletilmesini sağlar. Bu tür çözünmeye iyonik çözünme denir. iyonik çözünme

Asitler, bazlar ve tuzların sulu çözeltileri elektrik akımını iletebilir ve bu nedenle elektrolit çözeltilerdir. Örnek: Tuz (NaCl) bileşiği suda çözündüğünde (+) yüklü Na+ iyonu yani katyonu ile (–) yüklü Cl– iyonu yani anyonu oluşur. Na+ ve Cl– iyonlarının tuzlu sudaki hareketi ile elektrik akımı iletilebilir. Tuz (NaCl) + Su → Tuzlu Su  Asit + Su → Asitli Su (Sirke) Baz + Su → Bazik Su (Çamaşır Suyu)

2- Elektrolit Olmayan Çözeltiler: Suda çözündüğü zaman iyonlarına ayrılamayıp sadece moleküllerine ayrılan kovalent yapılı bileşiklerin suda çözünmeleri ile oluşan çözeltiye elektrolit olmayan çözeltiler denir. Kovalent yapılı bileşikler suda çözündüklerinde moleküllerine ayrılır ve moleküller nötr olduğu için elektrik akımını iletmez. Bu tür çözünmeye moleküler çözünmede denir. Örnek: Şeker + Su → Şekerli Su Alkol + su

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ Bir sıvıda, uçucu olmayan bir katı çözündüğünde, çözünen maddenin tanecikleri; birim yüzeydeki çözücü taneciklerinin sayısını azaltır. Örneğin; su içinde tuz çözünmüş ise, tuzdan oluşan iyonlar su tanecikleri arasına dağılacağından çözelti yüzeyindeki su taneciklerinin sayısı da azalır. Bu da suyun buhar basıncının (daha az buharlaşacağı için) düşmesine dolayısı ile kaynama noktasının yükselmesine neden olur.

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ Saf bir sıvının içinde uçucu olmayan bir katı çözülmesiyle hazırlanan çözeltilerde belirli bir kaynama noktası yoktur. Bu tür çözeltilerin kaynama noktaları saf çözücüsünden daima yüksektir. Çözeltilerin kaynama süresince sıcaklığı sabit kalmaz, doygun hâle gelinceye kadar sürekli artar. Şekilde saf su ve tuzlu suyun kaynama sıcaklıkları verilmiştir.

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ Bu tür çözeltilerin donma noktaları, daima saf çözücüsünden düşüktür.

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ Bir çözeltide kaynama noktasının yükselmesi ile donma noktasının düşmesi çözünen madde miktarına ve bunun oluşturacağı tanecik (iyon veya molekül) sayısına bağlıdır. Çözünen maddenin türüne bağlı değildir. Örneğin; iki ayrı kaba 100'er gram su konulup, bunlardan birine 1 mol NaCl, diğerine 1 mol KBr konulup çözelti yapılırsa; iki çözeltideki toplam iyon sayısı eşit olacağından bu çözeltilerin kaynama ve donma sıcaklıkları eşittir.

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ Çözelti içindeki tanecik sayısı toplamı arttıkça kaynama noktası yükselirken, donma noktası düşer. Örneğin; eşit hacimli su içinde 1 mol NaCl ile 1 mol MgCl2'den ayrı kaplarda iki çözelti oluşturulursa; Birinci kapta NaCl çözünmesiyle toplam 2 mol iyon oluşur. Diğer kapta ise MgCl2 çözünmesiyle toplam 3 mol iyon oluşacağı için MgCl2 çözeltisinin kaynama noktası, NaCl çözeltisinin kaynama noktasından daha yüksek, donma noktası ise daha düşüktür.

ÇÖZELTİLERİN ÖZELLİKLERİ 1000 gram suda 1 mol tanecik bulunursa, çözeltinin donma noktasını 1,86°C düşürürken; kaynama noktasını 0,51°C yükseltir. Örnek: 1000 gram suyun donma noktasını -16,74°C’a düşürmek için kaç mol MgCl2 çözmeliyiz? 1 mol iyon donma noktasını 1,86°C düşürürse, X 16,74°C düşürür X= 9 mol iyon 1 mol MgCl2 3 mol iyon içerirse X mol MgCl2 9 mol iyon X= 3 mol MgCl2

ÇÖZELTİLERİN DERİŞİMLERİ Bir çözeltinin belirli miktarında çözünen madde miktarının ölçüsü derişim olarak tanımlanır. Bir çözeltide çözünen madde miktarı; Mol, Kütle, Eşdeğer kütle terimlerini içeren değişik derişim birimleriyle ifade edilebilir. Derişim birimleri şunlardır:

a) Kütlece Yüzde (%) Derişim Bir çözeltinin 100 gramında çözünmüş olarak bulunan maddenin gram cinsinden ifadesine kütlece yüzde derişim denir. Aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir.   Bu bağıntıda : Y:Kütlece % derişim W: Çözünenin kütlesi (g) WT: Çözeltinin toplam kütlesi (g) olarak alındığında;

a) Kütlece Yüzde (%) Derişim ÖRNEK: %20'lik 80 gram şekerli su çözeltisinde kaç gram şeker, kaç gram su vardır? ÇÖZÜM: I. Yol Verilenler: %Y = 20, WT = 80 g, w=? w= 16 gram şeker wsu= 80 gr çöz. – 16 gr şeker vardır. wsu = 64 gram olarak bulunur.

Kütlece Yüzde (%) Derişim ÖRNEK: 40 gram NaCl’ün 120 gram suda çözünmesiyle oluşan çözeltinin kütlece yüzde derişimini bulunuz? ÇÖZÜM: m= 40 g msu= 120 g %X=?

Kütlece Yüzde (%) Derişim Bir çözeltiye çözücü eklenirse veya çözücü buharlaştırılırsa derişim değişir, ancak çözünen madde miktarı değişmez. Bu durumda; çözeltinin ilk durumu için %X1 ve w1, ikinci durumu için %X2 ve w2 sembollerini kullanırsak; %X1.w1= %X2. w2 bağıntısı elde edilir. ÖRNEK: Kütlece %15'lik 100 gram şeker çözeltisine 50 gram su eklenirse çözelti kütlece % kaçlık olur? Çözüm: %X1.w1= %X2. w2 15x 100= %X2 x 150 %10

Kütlece Yüzde (%) Derişim Aynı tür çözeltiler karıştırılırsa; karıştırılmadan önce çözünen toplam madde miktarı, karıştırıldıktan sonra oluşturulan çözeltideki toplam çözünen madde miktarına eşit olacağından yeni çözeltinin % derişimini bulabilmek için %X1.w1+%X2.w2 = %X2. wtop bağıntısı kullanılır. X= oluşan çözelti yüzdesi wT= oluşan çözeltinin toplam kütlesi ÖRNEK: %40’lık 30 gram tuz çözeltisi ile %5’lik 70 gram tuz çözeltisi karıştırılınca, elde edilen yeni çözeltinin kütlece yüzde derişimi kaçtır?  

b) Hacimce Yüzde (%) Derişim Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler 100 hacim birimi çözeltide kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Bu ölçüm türü, genellikle sıvıların sıvılar içindeki çözeltileri için kullanılır. Genel olarak a ml’lik bir sıvı bir çözücü ile b ml’ye tamamlanırsa elde edilen çözeltinin yüzde derişimi aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir.

b) Hacimce Yüzde (%) Derişim Örneğin; Tam 10 ml hacminde bir maddeyi bir çözücüde çözerek hacminin tam 100 ml’ye tamamlanmasıyla %10’luk bir çözelti elde edilir. Böyle bir çözeltinin kütlesi 100 gr’dan farklıdır. Örnek: Bir a sıvısının 5 ml’si bir b çözücüsüyle 25 ml’ye tamamlanmışsa elde edilen çözeltinin hacimce yüzdesi ne olur? Çözüm: olarak bulunur.

c) Molar derişim(molarite) Bir çözeltinin 1 litresinde çözünen maddenin mol sayısına molar derişim veya molarite denir. Çözünenin mol sayısı (nçözünen ), çözeltinin litre cinsinden hacmi (Vçözelti) ve molar derişim (M) ile gösterilir ve aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir. olur. bağıntısı elde edilir.

c) Molar derişim(molarite) Eğer çözelti belirli %’de derişimde verilmiş ise çözeltinin molaritesi aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.   ÖRNEK: Kütlece %16’lık 400 mL NaOH çözeltisinin yoğunluğu 1,25 g/mL’dir. Bu çözeltinin molar derişimi kaçtır? (NaOH: 40g/mol)  Çözüm:

c) Molar derişim(molarite) Sulu çözeltilerdeki hesaplamaların pek çoğu iyonların molar derişimleri ile ilgilidir. Bu nedenle iyonik yapılı bir bileşiğin çözeltisindeki iyonların molar derişimleri aşağıdaki şekilde hesaplanır. İyonların molar derişimleri köşeli parantez içinde iyonun sembolü ile ifade edilir. Örnek: 0,2 mol Ca(NO3)2 içeren 500 ml lik çözeltinin ve bu çözeltideki iyonların molar derişimlerini hesaplayalım? Çözüm: Ca(NO3)2 suda çözündüğünde, Ca(NO3)2 (suda) Ca+2 (suda) + 2NO3- (suda) denklemine göre iyonlarına ayrışır. Buna göre, 1 mol Ca(NO3)2, çözeltiye 1 mol Ca+2 ve 2 mol NO3- iyonu verir. Oluşan Ca+2 ve NO3- iyonunun mol sayıları:

c) Molar derişim(molarite) Çözeltinin hacmi 500 ml = 0,5 L olduğuna göre, çözeltinin molar derişimi: 1 mol Ca(NO3)2 1 mol Ca+2 verir 0,2 mol Ca(NO3)2 X mol Ca+2 X = 0,2 mol Ca+2 1 mol Ca(NO3)2 2 mol NO3- verir 0,2 mol Ca(NO3)2 X mol NO3- verir. X = 0,4 mol NO3-   Ca+2 iyonu molar derişimi: NO3- iyonu molar derişimi:

Molar derişim(molarite) Örnek: 3M, 250 ml hidroklorik asit çözeltisi, yoğunluğu l,l9 g/ml olan ağırlıkça %37’lik derişik HCl çözeltisinden nasıl hazırlarsınız? Çözüm: Eğer l litrelik çözelti istenseydi 3 molçözünen gerekecekti. Çözelti 250 ml yani 0,250 litre olduğuna göre gerekli çözünen madde n= 0,250x3=0,75 moldür. Bir mol HCl’ün ağırlığı 36,5 gram olduğuna göre 0,75 mol HCl w=0,75x36,5=27,375 gramdır. Asitin100 gramından 37 gram saf HCl bulunduğuna göre 27,375 gram saf HCl, wHCl= (100x27,375)/37= 73,986 g % 37’lik asit vardır. Asitin yoğunluğu l,l9 g/ml olduğuna göre 73,986 g asit VHCl= (73,986/1,19)=62,173 ml’dir Çözeltinin hazırlanması için; 250 ml'lik ölçü kabına az miktarda saf su alınır. Üzerine 62.173 ml derişik HCl konur ve 250 ml ye, saf su ile tamamlanır.  

Molar derişim(molarite)

Molar derişim(molarite)

d) Normal Derişim( Normalite) Çözeltinin bir litresinde çözünen maddenin eş değer gram sayısına normalite denir. Çözünenin eş değer gram sayısı “ES”, çözünenin eş değer ağırlığı “EA”, çözeltinin litre cinsinden hacmi “V”, çözünenin kütlesi “m”, çözünenin molekül kütlesi “MA”, tesir değerliği “Td”, normal derişim “N” ile gösterilirse, normalite aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

d) Normal Derişim( Normalite) Normalite aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. Bu bağıntıdaki ES ve EA aşağıdaki bağıntılarla hesaplanır.

Tesir Değerliği(Td) Hesabı Bağıntıdaki tesir değerliğini bileşikleri üç grupta toplayarak ve indirgenme-yükseltgenme tepkimelerinden bulabiliriz.   Asitlerin tesir değerliği: Asitin verebileceği H+ iyonu sayısıdır. HCl’in verebileceği H+ iyonu sayısı 1’dir.Td=1’dir. H2SO4’in verebileceği H+ iyonu sayısı 2’dir. Td=2’dir. H3PO4’ın verebileceği H+ iyonu sayısı 3’tür. Td=3’dir.

Tesir Değerliği(Td) Hesabı 2. Bazlarda tesir değerliği: Bazın verebileceği OH- iyonu sayısıdır.  KOH’in verebileceği OH- iyonu sayısı 1’dir. Td=1’dir. Ca(OH)2’in verebileceği OH- iyonu sayısı 2’dir. Td=2’dir. Al(OH)3’in verebileceği OH- iyonu sayısı 3’tür. Td=3’dir. 3. Tuzlarda tesir değerliği: Bir formül içinde bulunan toplam(+) yük sayısına eşittir. KCl’ de K+ iyonu +1 yük taşıdığından Td= 1’dir. CaCO3’ın Ca+2 iyonu +2 yük taşıdığından Td= 2’dir. Al2O3’in Al+3 iyonu +3 yük taşıdığından ve iki mol Al+3 iyonu olduğundan Td= 6’dır. 4. İndirgenme-yükseltgenme tepkimeleri: İndirgenme-yükseltgenme tepkimelerinde alınan veya verilen elektron sayısı tesir değerliğine eşittir. Örnek: Bir kimyasal tepkimede Fe+2 iyonu Fe+3 iyonuna yükseltgeniyor ise Td= 1’dir.

Normal Derişim( Normalite)

Normal Derişim( Normalite)

d) Molal Derişim(Molalite) 1000 gram çözücüde, çözünmüş maddenin mol sayısına molalite denir ve m ile gösterilir. Molariteden en önemli farkı, çözücü ve çözünen miktarlarının bilinmesi fakat çözelti hacminin bilinmemesidir. Molalite aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır:

Molal Derişim(Molalite)

KİMYASAL REAKSİYONLAR 3. BÖLÜM KİMYASAL REAKSİYONLAR

KİMYASAL REAKSİYONLAR Enerji ya da başka bir kimyasal maddenin etkisiyle, maddenin kendi özelliklerini kaybederek yeni özellikte maddeler oluşturmasına Kimyasal reaksiyon veya kimyasal tepkime denir. Kimyasal reaksiyonda, reaksiyona giren maddelere reaktif, reaksiyon sonucunda oluşan yeni maddelere ise ürün denir.

KİMYASAL REAKSİYONLAR Kimyasal reaksiyonlar genel olarak üçe ayrılır; İyon-iyon reaksiyonları İyon-molekül reaksiyonları Molekül-molekül reaksiyonları: Bu reaksiyonlar, organik kimyada karşımıza çıkan reaksiyonlardır. Genel olarak analitik kimyada karşımıza çıkan reaksiyonlar; İyon-molekül reaksiyonlarıdır.

KİMYASAL REAKSİYONLAR Bir iyon-iyon veya iyon-molekül reaksiyonunun meydana geliş belirtileri aşağıdaki şekilde özetlenebilir: A) Renkli veya renksiz çökeleğin oluşması B) Çökeleğin çözünmesi C) Reaksiyon ortamında renk değişimi D) Reaksiyon ortamının ısınması veya soğuması E) Reaksiyon ortamından gaz çıkışı olması

KİMYASAL REAKSİYONLAR Meydana geliş belirtileri ne olursa olsun Analitik kimyada yer alan iyon-iyon ve iyon-molekül reaksiyonları şunlardır; 1) Çökme reaksiyonları: Çökme reaksiyonları analitik kimyada en çok rastlanan reaksiyonlardır. Sulu bir çözeltide bulunan bir iyon, ilave edilen başka bir iyonla çöktürülerek; suda çözünmeyen bir katı oluşturup çözeltiden ayrılması reaksiyonlarına çökme reaksiyonları denir.

1) Çökme Reaksiyonları Örneğin; Aşağıdaki iki reaksiyon incelendiğinde, Cu+2 + SO42- + H2S CuS(k) + 2H+ + SO42- Pb(NO3)2 (suda) + 2NaCl (suda) PbCl2(k) + 2NaNO3(suda) Bu reaksiyonlarda oluşan CuS ve PbCl2 suda çözünmezken, H2S suda moleküler halde çözünür. NaNO3 ve H2SO4 ise iyonlarına ayrılarak çözünür. Örneğin; Çeşitli katyonları ihtiva eden bir çözeltiye HCl çözeltisi ilave edilirse AgCl, PbCl2 ve Hg2Cl2 tuzları çöker. Diğer katyonların klorür tuzları bu şartlarda suda çözündüğünden ortamda kalırlar.

2) Nötralleşme reaksiyonları Asit özelliği gösteren bir madde ile baz özelliği gösteren bir maddenin sulu çözeltide verdikleri tepkimeye asit-baz tepkimesi veya nötralleşme reaksiyonları denir. Örnek: Aşağıdaki tepkimeler birer nötralleşme tepkimeleridir. H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O CaCO3(k)+ 2HCl (suda) CaCl2(suda) + CO2(g) + H20(suda)

3) Kompleksleşme reaksiyonları Kompleks bileşikler; birleşikler arasındaki etkileşimle oluşur ve başlangıçtaki maddeden farklı özellik taşır. Merkez atomlarına bağlı grup sayısı atomun değerliğini aşmış olması en önemli özelliğidir. Komplekste merkezi metal iyonu ile ligandlar arasında kovalent bağlar oluşur. Ligand ise; ortaklanmamış serbest elektron çiftleriyle metal atomuna bağlanabilen anyon veya moleküllere denir. Ligandlar elektron çifti verendir ve bağ yapabilmesi için en az bir çift serbest elektronun bulunması gerekir. Böylece kompleks oluşumu gerçekleşir.

3) Kompleksleşme reaksiyonları Kompleksleşme reaksiyonları çok çeşitlidir. Bir çökeleğin kompleks haline dönüştürülerek çözünmesi: AgCl(k) +2NH3 Ag(NH3)2+ + Cl - b)Bir kompleksin başka bir komplekse dönüştürülmesi: Ag(NH3)2+ + Cl- + 2K+ + 2CN– Ag(CN)2- + Cl- + 2K+ +2NH3

4) Bir çökeleğin başka bir çökeleğe dönüşme reaksiyonları Örnek: CuSO4(aq) + 2NaOH Cu(OH)2( k) + Na2SO4 Isı CuO(k) Tepkimesinde Cu(OH)2 açık mavi renkli bir çökelek oluşturur. Bu çökelek kaynatılırsa siyah renkli CuO halinde çöker. Böylece mavi renkli Cu(OH)2, siyah renkli CuO’e dönüşmüş olur.

5) Zayıf bir elektrolitin açığa çıkması reaksiyonları Bu tür reaksiyonlarda Asetik asit, amonyak, hidrojen florür gibi maddeler suda çok az oranda iyonlaşırlar. Bu tür maddelerin sulu çözeltisi zayıf elektrolit özellik taşır. Örneğin; Bir zayıf elektrolit olan HF’ün suda iyonlaşması; HF(suda) H+(suda) + F –(suda) şeklinde gerçekleşir

6) Çözünürlüğü çok olan tuzların karışımı reaksiyonları Bir asitte asit özelliği gösteren H atomunun yerine NH4+ veya metal katyonu geçmesiyle oluşan bileşiklere tuz denir. Oluşan tuzların çözünürlükleri birbirinden farklıdır. Bir kısmı suda çok çözünmezken diğer bir kısmı oldukça fazla çözünür. Alkali metallerin tuzlarının çoğu ile öteki metallerin klorür ve nitrat tuzları genellikle suda az veya çok oranda çözünür. Bundan dolayı tuzların çözünürlüğü; çözücünün cinsine, miktarına ve sıcaklığına bağlı olarak değişir. HCl + NH3 NH4Cl

7) Redoks tepkimeleri Kimyasal tepkimelerin sembol ve formüllerle gösterilmesine denklem denir. Bir kimyasal denklemin doğru olabilmesi için denklemdeki semboller, formüller doğru yazılmalı, giren atom sayısı, maddenin korunumu kanununa göre çıkan atom satısına eşit olmalıdır. Kimyasal tepkimeler iki şekilde gerçekleşir:

7) Redoks tepkimeleri Tepkime sırasında elektron alış-verişi olmamıştır: Bu tür tepkimelere basit tepkimeler denir. Tepkimede bir atom elektron vermiş, diğer atom almıştır: Elektron alış verişi ile gerçekleşen bu tür tepkimelere ise yükseltgenme- indirgenme veya redoks tepkimeleri denir. Yükseltgenme elektron kaybetme, indirgenme ise elektron kazanma anlamına gelir.

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Metal + oksijen Metal oksit(bazik oksit) 4Na + O2 2Na2O 2Ca + O2 2CaO 2Al + 3O2 2Al2O3

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Ametal + oksijen Ametal oksit (asit oksit) C + O2 CO2 4P + 5O2 2P2O5 Metal oksit + Su Baz Na2O + H2O 2NaOH CaO + H2O Ca(OH)2

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Ametal oksit + Su Asit CO2 + H2O H2CO3 N2O3 + H2O 2HNO2 N2O5 + H2O 2HNO3 P2O5 + 3H2O 2H3PO4 SO2 + H2O H2SO3 SO3 + H2O H2SO4

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Metal (soy olmayan) + Asit Tuz + H2 Zn + 2HCI ZnCI2 + H2 2Al + 6HNO3 2Al(NO3)3 +3H2 Metal oksit + asit tuz + su CaO + 2HNO3 Ca(NO3)2 + H2O AlO3 + 3H2SO4 Al(SO4 )3 + 3 H2O

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Baz + Asit Tuz + Su NaOH + HCl NaCl + H2O Ca(OH)2 + 2HI CaI2 +2H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3+ 6H2O

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Baz + Asit oksit tuz + su Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O 2NaOH + N2O3 2NaNO2 + H2O Metal oksit + Ametal oksit Tuz CaO + CO2 CaCO3 Na2O + SO3 Na2SO4

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Metal + Ametal tuz 2Na + Cl2 2NaCl 3Ba + N2 Ba3N2 Metal karbonat + Asit tuz + CO2 + H2O Na2CO3 + H2SO4 Na2SO4 +CO2 +H2O NaHCO3 + H2SO4 Na2SO4 + CO2 +H2O

BASİT TEPKİMELER VE EŞİTLENMESİ Metal sülfit + asit tuz + SO2 + H2O Na2SO3 + H2SO4 Na2SO4 + SO2 + H2O 4NaHSO3 + 2H2SO4 2Na2SO4 + 4SO2 + 4H2O

B) REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ Redoks reaksiyonları elektron alış-verişi olan reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlara indirgenme-yükseltgenme reaksiyonları da denir. Bir tepkimede bir elementin yükseltgenme basamağının artması, yani elektron vererek pozitif değerliğinin artması olayına yükseltgenme, yükseltgenme basamağının azalmasına, yani elektron alarak pozitif değerliğin azalmasına ise indirgenme denir. Bir çözeltide yükseltgenme ve indirgenme olayları birlikte ve aynı anda gerçekleşir. Bu nedenle bu iki olaya tek bir olay gibi bakılır ve redoks tepkimesi denir.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ Bir redoks tepkimesinin eşitlenmesinde, 1. Denklem deneysel bulgulara uygun olmalıdır. 2. Denklemde kütlenin korunumu ilkesine uyulmalıdır. 3. Denklemde elektriksel nötrallik ilkesine uyulmalıdır. 4. Verilen elektron sayısı alınan elektron sayısına eşit olmalıdır.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ Redoks tepkimelerinin eşitlenmesinde, Yükseltgenme sayıları yöntemi İyon-elektron yöntemi Olmak üzere iki farklı yöntem uygulanır. A) Yükseltgenme sayıları yöntemi: Bu yöntemle reaksiyonları eşitlemek için elektron veren ve elektron alan elementlerin yükseltgenme basamağının bilinmesi gerekir.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ Elementlerin Yükseltgenme Basamağı: Elementlerin yükseltgenme basamağı artı veya eksi olabilir. Örneğin; Fe+2 iyonunun yükseltgenme basamağı +2, S-2 iyonunun yükseltgenme basamağı ise -2’dir. Demir ve kükürt’ ün yükseltgenme basamakları yalın halde üzerlerinde olduğu için kolayca söylenebilir. Ancak bileşiklerdeki her bir elementin yükseltgenme basamağı ilk bakışta söylenemez. Bu gibi durumlarda aşağıdaki verilerden yararlanarak bir bileşikteki yükseltgenme basamağı bilinmeyen elementin yükseltgenme basamağı bulunabilir.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ 1: Oksijen, OF2, H2O2, KO2 gibi bileşikler hariç bütün bileşiklerinde -2 yükseltgenme basamağındadır. 2: Hidrojen, hidrürleri (CaH2, LiAlH4) hariç bütün bileşiklerinde +1 yükseltgenme basamağındadır. 3: Flor bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadır. 4: Klor, Brom ve İyot oksijenli ve kendi aralarında verdikleri bileşikler hariç, bütün bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağındadırlar. 5: Alkaliler bütün bileşiklerinde +1, toprak alkaliler +2 yükseltgenme basamağındadırlar. 6: Nötral haldeki elementlerin yükseltgenme basamakları sıfır’dır.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ 7: İyonların yükü yükseltgenme basamaklarının toplamına eşittir. 8: Moleküllerde yükseltgenme basamakları toplamı sıfırdır. Bu verilerden yararlanılarak; ÖRNEK; KClO4 ve C6H12O6 moleküllerindeki her bir atomun yükseltgenme basamağı şu şekilde bulunur; KClO4 molekülünde; K= +1, 4O= -8 ise Cl= +7 olarak bulunur. C6H12O6 molekülden; 6O= -12, 12H= +12 ise yük= 0 ve C= 0 olarak bulunur. ÖRNEK; ClO3- iyonundaki klor atomunun yükseltgenme basamağı şu şekilde hesaplanır; 3O = - 6 – (-1) = -5 Cl ise +5 olarak bulunur.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ Redoks tepkimesi denkleştirilirken aşağıdaki sıra izlenmelidir: Elementlerin sayılarını eşitleyiniz Denklemdeki bütün elementlerin yükseltgenme sayılarını belirleyiniz. Yükseltgenme olayının hangi elementler arasında olduğunu bulunuz. Yükseltgenme sayılarındaki artış ve azalışları eşitleyiniz. Her iki taraftaki toplam yükler bulunarak sol tarafın yükünü sağ tarafla eşitlemek için eksik olan yüke göre sol tarafa OH- veya H+ ilave ediniz. Her iki taraftaki oksijenler sayılarak eksik olan tarafa eksik oksijen atomu sayısı kadar H2O ilave ediniz. Denklemin eşitleme işlemini tamamlayınız.

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ

REDOKS TEPKİMELERİ VE EŞİTLENMESİ