Analitik Kimya Temel Kavramlar

TEMEL KAVRAMLAR

01. Analitik Kavramı

Analitik kimya, bir maddenin bileşenlerinin ayrılması, tanınması ve miktarlarının bulunması işlemlerini içerir. Analitik kimyada yapılan analizleri nitel analiz ve nicel analiz olarak iki gruba ayırabiliriz. Nitel analiz (kalitatif), örneğin hangi bileşik, iyon veya element içerdiğini belirlemeyi sağlar. Nicel analiz (kantitatif) ise örnekteki bileşenlerin bağlanma miktarlarının bulunmasını sağlar.

01.01. Analitik İşlemler

Analizde kullanılan kantitatif yöntemler içinde ilk kullanılanlar (klasik yöntemler), gravimetri ve volumetri olarak bilinir. Gravimetrik yöntemde analiz edilen madde (analit) veya onun bir bileşiğinin kütlesi belirlenir, volumetrik yöntemde ise analitle tam tepkime veren bir maddenin çözeltisinin hacmi bulunur.
Diğer bir yöntem ise enstrümental yöntemler (aletli analiz yöntemleri) adını alır. Önemli enstrümental yöntemler, spektroskopik yöntemler, elektroanalitik yöntemler ve ekstraksiyon yöntemleridir.



01.02. Analiz İçin Numunenin Hazırlanması

Katı örnekler değişen miktarda nem içerirler. Bazı analizlerde bu yanlış sonuca götüreceği için nemin uzaklaştırılması gerekmektedir. Bunun için örnek 100-105^oC da sabit tartım elde edilinceye kadar ısıtılır, örnek bu sıcaklıkta bozunuyorsa daha düşük basınç altında ısıtılarak adsorplanan maddeler uzaklaştırılır.
Eğer katı örneği kristal suyunu uzaklaştırarak analiz etmemiz gerekiyorsa örneği, daha yüksek sıcaklıklarda ısıtmakta yarar vardır.
Katı örnekleri çözelti haline getirmek için ilk yapılması gereken, o örnek için doğru çözücüsünün bulunması olmalıdır. Eğer örneğin çözülmesi yavaş olur ise bunun için örnek çözücüsü ile karıştırıldıktan sonra su banyosunda ya da düşük sıcaklıktaki ısıtıcı plaka üzerinde yavaş yavaş ısıtılabilir.
Bazı katılar çözünmesi çok zordur. Bu tür maddeler, sodyum karbonat, sodyum peroksit, potasyum bisülfat, potasyum pirosülfat, borik asit, boraks gibi eritiş maddeleri ile ısıtılır yani eritiş yapılır.
Analiz yaparken sonucun doğruluğundan emin olmak için paralel çalışılması şarttır. Tartımlar ve seyreltmeler hassas yapılmalıdır.

02. Çözeltiler

İki veya daha fazla maddenin homojen karışımına çözelti denir. Genelde fazla miktarda bulunan maddeye çözücü, diğerlerine ise çözünen denir. Analitik kimyada genellikle sıvı çözeltiler önemli bir rol oynar. Sıvı çözeltiler, katının sıvıda, sıvının sıvıda veya gazın sıvıda çözünmesiyle oluşur.
Gazların sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır, basınç arttıkça artar. Birbirine benzer yapıdaki maddeler (polar) birbiri içinde çözünürler, örneğin alkol suda çözünür, benzen (apolar) çözünmez. Suyun, polar bileşikler için iyi bir çözücü olduğu unutulmamalıdır.

Katıların çözücücüleri içerisindeki çözünebilirlikleri değişkendir. Bu çözünme miktarları sıcaklıkla değişir. Herhangi bir sıcaklıkta maksimum çözünme miktarından söz edilir. Bu maksimum, çözünme miktarı tanım olarak maddenin çözünürlüğünü de gösterir. Maddenin maksimum miktarda çözündüğü çözelti haline doygun çözelti denir.
Doymamış çözelti bir katının çözücüsü içerisinde çözünebileceği maksimum değerden daha az miktarda çözünmesi ile oluşur.
Doygun çözeltidekinden daha çok madde içeren çözeltiye aşırı doymuş çözelti denir. Bu durumda bir miktar katı çözünmeyerek dipte kalır.

Analitikte bir diğer kavram seyreltik ve derişik çözeltilerdir. Seyreltik çözeltiler birim hacimde daha az mol içermektedir. Genel olarak çözeltiler önce derişik hazırlanır, daha sonra istenen derişim elde edilmek üzere çözücü eklenmek suretiyle seyreltilir.

03. Derişim

Çözeltideki çözünen madde miktarı derişim (konsantrasyon) olarak tanımlanır. Derişim, yüzde derişim, molarite, ppt, ppm ve ppb cinsinden ifade edilebilir. Bunlardan başka mol kesri, mol yüzdesi ve molalite gibi derişim tanımları da kullanılabilir.

03.01. Yüzde derişim

Yüzde derişim üç şekilde ifade edilir. Bunlar ağırlıkça yüzde, hacimce yüzde ve hacimde ağırlıkça yüzdedir.

03.01.01. Ağırlıkça Yüzde (w/w)

Ağırlıkça yüz birim çözeltide bulunan çözünenin ağırlıkça kesridir.

% (w/w) = çözünen maddenin ağırlığı (g) / [çözünen madde (g) +çözücünün ağırlığı (g)] x100

Örnek:
250 ml % 10’luk (w/w) KCl çözeltisi nasıl hazırlanır?
Eğer çözelti su ile hazırlanacaksa suyun yoğunluğu (d) 1,0 g/mL olduğundan ağırlığı hacmine eşittir.

% 10 = [x / (x +(250 –x)] x 100

x = 25 g çözünen

O halde bu çözeltinin hazırlanmasında 25 gr KCl alınır, az miktarda suda çözülerek hacim 250 mL'ye tamamlanır.

03.01.02. Hacimce Yüzde (v/v)

Hacimce yüzde, hacimce 100 parça çözeltide bulunan çözünenin hacimce kesridir. V mL çözünen ve V mL çözeltide bulunduğunda % (v/v) aşağıdaki gibi ifade edilir.

%(v/v) = (Vçözünen / V çözelti) x 100

Örnek
150 mL % 28’lik (v/v) sulu etil alkol çözeltisi nasıl hazırlanır?
Çözüm:
% 28 = (x / 150 mL) x 100
x = 42 mL
Sonuçta 42 mL etil alkol alınır ve hacim su ile 250 mL ye tamamlanır.

03.01.03. Hacimde Ağırlıkça Yüzde (w/v)

Hacimce 100 parça çözeltide bulunan çözünenin ağırlıkça kesridir. Genel olarak w gram çözünen v mL çözeltide bulunuyorsa % (w/v) aşağıdaki gibi ifade edilir.

%(w/v) = ( w₁ /v).100


Örnek

500 ml % 50 (w/v) NaOH çözeltisi hazırlamak için kaç gram NaOH gerekir?

%(w/v) = ( w₁ /v).100


%(w/v) = ( w₁ /v).100

%50 = (w₁/500) x 100

w_{1 =} 250 g
Öyleyse 250 g NaOH tartılır, suda çözülerek hacim su ile 500 mL ye tamamlanır.

03.02. Molarite

Molarite, bir litre çözeltide bulunan çözünenin mol sayısını gösterir. M ile gösterilir
M = n (mol) / V (L)
Analitik reaksiyonlarda madde tamamen ya da kısmen iyonlaştığından denge anında başlangıç derişiminde azalma olur.

CH₃COOH örnek verecek olursak



Başlangıç 0.1M 0 0
Değişim -x +x +x
Denge (0.1-x) M + x +x

Örnek

2 g sodyum hidroksit (NaOH ) 500 mL su içerisinde çözülüyor. Çözeltinin molaritesi nedir?
Ma (NaOH) = 23+ 16+1 = 40 g/mol
n (mol) = m (g) / Ma (g/mol) = 2 (g) / 40 (g/mol)
n = 0,05 mol
M = n / V
M = 0,05 (mol) / 0,5 (L)

Bazı analitik işlemlerde çözeltinin yoğunluğu verilir. Ve burada molarite hesaplamasına geçilir

03.03. ppt (binde bir), ppm (milyonda bir )ve ppb (milyarda bir) Hesaplamaları

Eser miktardaki çözeltilerin derişimini belirtmek amacıyla kullanılır.

ppt = (g çözünen / g çözelti ) x 10³

ppm = mg çözünen / L.

ppb = ( gçözünen/ g. çözelti )x10⁹şeklinde ifade edilir.

ÖRNEK

Bir su örneğinin analizi sonucunda bulunanNa²⁺derişimi 200 ppm olarak bulunmuştur. Sudaki sodyum kaynağının NaCl olduğu düşünülmektedir. NaCl’ ün derişimi hesaplayız.

Çözelti seyreltik olduğundan yoğunluk l g/mL alınabilir. Bu durumda çözeltinin litresinde 200 mg Na var demektir.

n (mol) = m (g) / Ma (g/mol) formülünden
önce mol sayısı bulunur.

nNa²⁺ = ( 200 x10^-3 g) / (23
g/mol) = 8,70 x 10^-3 mol

V = 1 lt olduğu için n = M

[Na²⁺] = 8,70 x 10^-3 M

Bu aynı zamanda NaCl nin molaritesidir.

03.04. Mol Kesri ve Mol Yüzdesi

Mol kesri, çözeltideki bileşenlerden birinin mol sayısının toplam mol sayısına oranıdır. Genel olarak X ile gösterilir. Bazen X, 100 ile çarpımı olarak da ifade edilir, bu durumda mol yüzdesinden söz edilir.

X çözünen = n _çözünen / n
_toplam X çözücü = n
_çözücü / n _toplam

X çözünen + X çözücü = 1 dir.

ÖRNEK

1,5 mol metanol 50 g suda çözülüyor. Elde edilen çözeltinin metanol ve su yönünden mol kesri ve mol yüzdeleri nedir?

CH₃OH (32 g/mol),H₂O (18g/mol)

n (mol) = m (g) / Ma (g/mol) formülünden suyun mol sayısını bulalım.

n (mol) = 50 / 18 = 2,78 mol

X _{etil alkol}= (1,5 / (1,5+2,7) = 0.350

% X _{etil alkol} = 100 x 0.350 = 35,0

X çözünen + X çözücü = 1
X çözücü = 1 - X çözünen

X çözücü = 1 - 0.350 = 0,650

% X su = 100 x 0.650 = 65,0

03.05. Molalite

1000 g çözücüde çözünen maddenin mol sayısını gösterir. m ile gösterilir.

m = (n / w) x 1000

03.06. Normalite

Çözeltinin 1 ml’sinde bulunan çözünen maddenin milieşdeğer gram sayısıdır. Aynı ifadeyi litresindeki eşdeğer gram sayısı olarakta belirtebiliriz.

N = eşdeğer gram sayısı / L

Eşdeğer gram sayısı: Molekül ağırlığı / Tesir değerliği

Tesir Değerliği (TD): Asitlerin ortama verdiği H⁺ iyonu sayısı, bazların ortama verdiği OH- iyonu sayısı, tuzların ise ortama verdiği veya aldığı elektron sayısına tesir değerliği denir.
Örneğin H₂SO₄ için bu değer 2 dir. Çünkü sülfürik asit 2 tane H⁺ iyonunu sulu çözeltisine verebilir.

NaOH, HNO₃, HCl için bu değer 1 dir

Molarite ve normalite arasında

N=Mx TD bağlantısı vardır.