Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009

... konulu sunumlar: "Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009"— Sunum transkripti:

1 Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009
SU VE ÇÖZELTİLER Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009

2 SU Su, bir inorganik maddedir

3 Su, H2O molekül yapısındadır

4 Su molekülünün oksijen tarafı elektronlardan zengindir ve lokal bir negatif () yüklü bölge oluşturur; hidrojen tarafı da elektronlardan fakirdir ve lokal bir pozitif (+) yüklü bölge oluşturur

5 Su molekülleri, hem katı halde hem de sıvı halde iken, birbirlerine hidrojen köprüsü bağlarla bağlanma yeteneğindedirler. Su moleküllerinin buzda %100’ü, oda sıcaklığındaki suda %70’i, 100oC’deki suda %50’si hidrojen bağlarıyla art arda birbirlerine bağlanmışlardır

6 Su, polar bir çözücüdür (solvent)
Su, polar bir çözücüdür (solvent). Su içindeki katyonlar su molekülünün negatif yük merkezini çekerler; anyonlar da su molekülünün pozitif yük merkezini çekerler

7 Polar biyomoleküller su içerisinde rahatça çözünürler (hidrofilik-suyu seven-). Nonpolar biyomoleküller su içerisinde zayıf çözünürler ki suda çözünmeyen ve suyla etkileşimden kaçınan maddeler hidrofobik-su sevmez- olarak tanımlanırlar

8 Hidrofobik etkileşimler canlıların oluşmasında önemli role sahiptirler

9 Polar ve nonpolar bölgeleri aynı zamanda bulunduran yapılara amfipatik yapılar denir. Amfipatik yapılar, suda misel, çift tabaka, vezikül oluştururlar

10 ÇÖZELTİLER Çözücü (solvent) denen dağıtıcı bir faz ile bir veya birçok dağıtılmış fazdan (çözünen, solüt) kurulan sıvı bir örnek durum çözelti (solüsyon) olarak tanımlanır

11 Partiküllerin yapısına göre çözeltiler
1) Monodispers çözeltide parçacıkların boyutu aynıdır. Polidispers çözeltide parçacıkların boyutu farklıdır ve analitik tekniklerle ayrılabilirler 2) Moleküler çözeltiler (gerçek çözeltiler) çözünenlerin mol kütlesi 10000’in altında iyon ve moleküllerden kurulmuş çözeltilerdir. Makromoleküler çözeltiler çözünenleri büyük moleküllü olanlardır 3) Misel çözeltiler çözünenleri hacimli parçacıklardan veya moleküllerin yığışmasından (agregasyon) kurulur

12 Makromoleküler çözeltiler ve misel çözeltilere kolloidal çözeltiler veya sol denir

13 Ortam sıcaklığında suyla çalkalamakla bazı yapılar bir çözelti oluşturmazlar; çabuk çöken, dayanıksız, heterojen ve süspansiyon denen bir durumu yaparlar

14 Peltemsi bir şekil alan ve katı maddelerin bir çok özelliklerine sahip olan kolloidal sisteme jel denir

15 Çözünen madde konsantrasyonuna göre çözeltiler
1) Dilüe çözeltiler (seyreltik çözeltiler) 2) Konsantre çözeltiler (derişik çözeltiler) 3) Doymuş çözeltiler (satüre çözeltiler)

16 Dilüe çözeltiler (seyreltik çözeltiler), çözünmüş madde miktarının az olduğu çözeltilerdir (konsantrasyonu düşük çözeltiler)

17 Konsantre çözeltiler (derişik çözeltiler), çözünmüş madde miktarının fazla olduğu çözeltilerdir (konsantrasyonu yüksek çözeltiler)

18 Doymuş çözeltiler (satüre çözeltiler), çözünmüş madde miktarının maksimum olduğu çözeltilerdir

19 Çözelti konsantrasyonları
Bir çözeltinin konsantrasyonu, çözeltinin belirli bir volümü içinde çözünmüş olan madde (substrat) miktarıdır

20 -Yüzde (% ) -Molarite (M) -Molalite (m) -Normalite (N) çözelti konsantrasyonlarını anlatmak için kullanılan ifadelerdir

21 Yüzde (%) konsantrasyonlar

22 Çözeltinin konsantrasyonu %8w/w deyince, 8 g çözünenin 100 g çözeltide bulunduğu anlaşılır

23 Çözeltinin konsantrasyonu %70v/v deyince, 70 mL çözünenin 100 mL çözeltide bulunduğu anlaşılır
Hem çözücünün hem çözünenin sıvı olduğu çözelti konsantrasyonunu ifade etmek için kullanılır

24 %15’lik 500 mL etanol çözeltisi hazırlamak için
0,15x500=75 mL etanol 500 mL’lik balon jojede total volüm 500 mL olacak şekilde distile su ile karıştırılır H2SO4 gibi asitlerin çözünmeleri sırasında açığa çıkan fazla miktarda ısı balonun aşırı ısınma ile çatlamasına neden olabilir. Bu durumda soğutmak amacıyla balonun dışı, akan çeşme suyu altında tutulmalı, fakat bu sırada balonun içine çeşme suyu kaçmamasına dikkat etmelidir Ayrıca asit üzerine su eklenmemelidir Asit sulandırmalarında daima su üzerine asit eklemelidir

25 %w/v, genellikle g/dL (g/100mL)’ye karşılık gelir
Çözeltinin konsantrasyonu %8w/v deyince, 8 g çözünenin 100 mL çözeltide bulunduğu anlaşılır %8= 8g/100mL= 8g/dL=80g/L =8000mg/100mL=8000mg/dL=80000mg/L

26 %20’lik 250 mL üre çözeltisi hazırlamak için
-0,20x250=50 g üre 250 mL’lik balon jojeye konur -önce bu miktar üre çözünecek kadar distile su eklenerek bilekten seri hareketlerle çalkalanarak çözünme sağlanır -sonra total hacim distile su ile 250 mL’ye tamamlanır KOH ve NaOH gibi bazların çözünmeleri sırasında açığa çıkan fazla miktarda ısı balonun aşırı ısınma ile çatlamasına neden olabilir. Bu durumda soğutmak amacıyla balonun dışı, akan çeşme suyu altında tutulmalı; fakat bu sırada balonun içine çeşme suyu kaçmamasına dikkat etmelidir

27 Molarite (M) Molarite, 1 L çözeltideki mol sayısıdır
Molaritenin ölçüm birimi mol/litre ve sembolü M’dir 1 M çözelti deyince çözeltinin 1 litresinde 1 mol çözünen bulunduğu anlaşılır 1 M=1 mol/L=1000 mM= M 1 mM=1 mmol/L= 0,001 M 1M=1 µmol/L= 0,001 mM

28 1 mol glukoz=180 g glukoz 180 g glukoz=1 mol glukoz
1 mol NaCl=58,5 g NaCl 58,5 g NaCl=1 mol NaCl 1mol CaCl2=111 g CaCl g CaCl2=1 mol CaCl2

29 1 L 0,1 M’lık CuSO4 (molekül ağırlığı 160) çözeltisi için 1x0,1x250=25 gram CuSO4·5H2O gerekir
25 g CuSO4·5H2O= 16 g CuSO4= 0,1 mol CuSO4

30 Dansitesi 1,19 olan % 38’lik konsantre HCl’den (HCl’nin molekül ağırlığı 36,46) 500 mL 2M’lık HCl çözeltisinin, hazırlamak için gerekir

31 Molalite (m) Ağırlık/ağırlık ölçümüdür
1 molal çözelti deyince 1000 g (1 kg) çözücüde 1 mol çözünen çözündüğü anlaşılır 1 molal=1000 mmolal 1 mmolal=0,001 molal

32 Molalite, sıcaklık değişimine bağımlı değildir
Konsantrasyon birimi olarak molariteye oranla daha duyarlıdır. Buna rağmen klinik laboratuvarlarda kullanımı yaygın değildir Klinik laboratuvarlarda kullanılan çözeltiler sulu çözeltiler olduklarından molalite ile molarite arasında pek büyük fark yoktur

33 Normalite (N) Normalite, 1 L çözeltideki ekivalan ağırlık sayısıdır
Normalitenin ölçüm birimi Eq/litre ve sembolü N’dir 1 N çözelti deyince çözeltinin 1 litresinde 1 Eq (1000 mEq) çözünen bulunduğu anlaşılır 1 N=1 Eq/L=1000 mEq/L= Eq/L 1 mN=0,001 N=1000 N=1 mEq/L

34 500 mL 2,5 N’lik NaOH (molekül ağırlığı 40) çözeltisi hazırlamak için
gerekir

35 Dansitesi 1,19 olan %38’lik konsantre HCl’den (HCl’nin molekül ağırlığı 36,46) 250 mL 0,1N’lik HCl çözeltisini hazırlamak için gerekir

36 Konsantrasyon birimlerinin birbirine çevrilmesi

37 Çözeltilerin seyreltilmesi
Konsantre bir çözeltiden dilüe bir çözelti hazırlanmasına seyreltme (dilusyon) denir

38 Biyokimyada yapılan seyreltmeler, toplam çözeltinin bütün özelliklerini içerecek şekilde hazırlanır
1:100’luk seyreltme yapılırken konsantre çözeltiden 1 birim alınarak toplam hacim olan 100 birime tamamlanır

39 25 µL serum ile 25 µL tuz çözeltisi karıştırılırsa, serum 25:50= 1/2 oranında seyreltilmiş olur

40 Sabit konsantrasyondan bir alt düşük konsantrasyona ulaşmak için seri seyreltmeler yapılır

41

42 Çözeltilerde C molarite veya normalite olarak ifade edildiği zaman

43 Hidratlı maddeler Bir kimyasal molekül üretildiğinde, tuz moleküllerine bağlı, değişen miktarlarda su molekülleri (hidrat suyu) içerir CuSO4 molekül ağırlığı 160 CuSO4H2O molekül ağırlığı 178 CuSO45H2O molekül ağırlığı 250

44 Hidratlı maddelerdeki su molekülleri, çözelti hesaplamalarında dikkate alınır. Örneğin; 250 mL %10’luk CuSO4 çözeltisini hidrasyon suyu olmayan bakır sülfattan (CuSO4, molekül ağırlığı 160) değil de 1 molekül hidrasyon suyu olan bakır sülfattan (CuSO4H2O, molekül ağırlığı 178) ile hazırlayacaksak tartacağımız CuSO4H2O miktarı

45 pH, ASİTLER VE BAZLAR Bir su molekülü, çok az sayıda bile olsa komşu su molekülü lehine bir proton yitirebilir ve böylece bir hidronyum iyonu (H3O+) oluşturabilir. Su, az da olsa hidronyum ve hidroksil iyonlarına ayrışır

46 Sulu çözeltilerde, saf suda olduğu gibi H+ ile OH’nin konsantrasyonları eşit olduğunda, çözeltinin nötral pH’ da olduğu ifade edilir Bir çözeltideki H+ iyonları konsantrasyonunun eksi logaritması çözeltinin pH’ı olarak ifade edilir

47 Nötral pH’da H+ ile OH’nin konsantrasyonu birbirine eşit ve 10-7M’dır

48 25oC’de nötral bir çözeltinin pH’ı 7’dir
Bir çözeltinin pH’ı 7’den küçükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha yüksek), çözelti asidiktir Bir çözeltinin pH’ı 7’den büyükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha düşük), çözelti alkali veya baziktir

49 Yüksek konsantrasyonda H+ iyonu (proton) içeren sulu çözeltiler asitlerdir
Yüksek konsantrasyonda OH¯ iyonu içeren sulu çözeltiler bazlardır

50 Asitler proton vericisi (donör), bazlar proton alıcısıdırlar (akseptör)
Hem proton vericisi (donör), hem proton alıcısı (akseptör) olan maddelere amfoter maddeler denir

51 Bir proton donörü ve ona uygun proton akseptörü, bir konjuge asit-baz çifti oluştururlar

52 Asit ve bazların suda çözündüklerinde iyonize oluşları faklıdır
Asit ve bazların suda çözündüklerinde iyonize oluşları faklıdır. Buna göre zayıf asit – kuvvetli asit veya zayıf baz – kuvvetli baz tanımı yapılır

53 Biyokimyacılar için, suda çözündüklerinde tamamen iyonize olmayan zayıf asit ve bazların davranışı önemlidir Zayıf asit ve bazlar, biyolojik sistemlerde bulunurlar; metabolizmada ve metabolizmanın düzenlenmesinde önemli rol oynarlar

54 Suda çözündüklerinde büyük oranda iyonize olan asitler kuvvetli asitlerdir (Ka değerleri büyük, pKa değerleri küçük) Suda çözündüklerinde az miktarda iyonize olan asitler zayıf asitlerdir (Ka değerleri küçük, pKa değerleri büyük)

55 Zayıf asidin pKa değerine eşit pH’da, zayıf asit ve bunun konjuge bazı eşit konsantrasyonlarda bulunur Daha düşük pH’larda asit konsantrasyonu fazladır Daha yüksek pH’larda ise asidin konjuge bazının konsantrasyonu fazladır

56 Zayıf asitlerin pKa değerleri, titrasyon grafiği çizilerek bulunabilir
Zayıf asitlerin pKa değerleri, titrasyon grafiği çizilerek bulunabilir. Bunun için, belirli volümdeki asit örneği, konsantrasyonu bilinen kuvvetli bir baz (genellikle NaOH) çözeltisi ile titre edilir NaOH, bir indikatör boya veya bir pH metre ile nötralizasyon sağlandığı anlaşılıncaya kadar, aside yavaş yavaş ilave edilir Asidin belirli bir volümüne belirli miktarlarda NaOH eklendikçe pH ölçümü yapılır

57 Eklenen NaOH miktarlarına karşılık pH değerlerinin grafiği çizilir
Eklenen NaOH miktarlarına karşılık pH değerlerinin grafiği çizilir. Buradaki grafikte bulunan pH değeri, zayıf asidin pKa değeridir

58 Tamponlar Zayıf bir asit (proton donörü) ve onun konjuge bazını (proton akseptörü) eşit miktarlarda içeren karışımlar tampon sistemi olarak bilinirler

59 Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH) eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde olan sulu sistemlerdir

60 Bir tampon sisteminin tamponlama özelliği, iki reverzibl reaksiyonun sonucudur

61

62 pH, zayıf asit ile onun konjuge bazının bir karışımının tamponlama etkisi ve zayıf asidin pKa’sı arasındaki kantitatif ilişki, Henderson-Hasselbalch denklemi ile ifade edilir

63 Henderson-Hasselbalch denklemi, her hangi bir pH’da proton donör ve proton akseptörün molar oranını hesaplamaya yarar Örneğin; asetik asidin pKa değeri 4,76 olduğuna göre asetat ve asetik asitten pH’ı 5,30 olan asetat tamponu hazırlamak için gerekli asetat ve asetik asidin molar konsantrasyon oranı

64 Henderson-Hasselbalch denklemi, verilen bir pKa ve molar orana göre bir asit-baz çifti için pH’ı hesaplamaya yarar. Örneğin; kanda önemli bir tampon sistemi olan bikarbonat/karbonik asit tampon sistemi için

65 Hem asitlerle hem bazlarla tuz oluşturabilen maddelere amfolitler veya amfoter elektrolitler denir

66 Amfolitler, amfolitin izoelektrik noktası denen bir pH ortamında, eşit sayıda negatif () ve pozitif (+) yük içerirler (H+A) izoelektrik noktadan düşük pH ortamında (asit ortam), katyon (pozitif yüklü iyon; H+2A) halinde bulunurlar izoelektrik noktadan yüksek pH ortamında (bazik ortam) ise anyon (negatif yüklü iyon; A) halinde bulunurlar

67 Sulu çözeltide ortamın H+ iyonu konsantrasyonuna (pH’ına) göre renk değiştiren maddeler indikatör olarak tanımlanırlar

68 İndikatörler, genellikle amfoter maddelerdir
İndikatörler, titrasyonlarda sık kullanılırlar

69 Litmus, zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde kırmızı, iyonlanmış halde mavi renklidir

70 Methyl orange zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde kırmızı, iyonlanmış halde sarı renklidir

71 Phenolphthalein, zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde renksiz, iyonlanmış halde pembe renklidir

72 İndikatörün renk değiştirdiği noktaya dönüm noktası denir

73 Sulu çözeltilerin pH’ı, genellikle bir amfolit olan ve ortamın H+ iyonu konsantrasyonuna (pH’ına) göre renk değiştiren indikatör boyalar yardımıyla ölçülebilir

74 Sulu çözeltilerin pH’ını ortamın H+ iyonu konsantrasyonuna (pH’ına) göre renk değiştiren indikatör boyalar yardımıyla ölçme yöntemlerine kolorimetrik yöntemler denir

75 Sulu çözeltilerin pH’ı, elektrometrik yöntemler denen, iki elektrot arasındaki potansiyel farkının bir galvanometre ile ölçülmesi esasına dayanan yöntemlerle daha hassas olarak ölçülebilir

76 pH metre denen aletlerde elektrottan çıkan sinyal, şiddetlendirilir ve pH’ı bilinen bir çözelti tarafından oluşturulan sinyal ile karşılaştırılır