Genel Analitik Kimya - Analitik Kimyanın Temel Kavramları ( sunu ) ANAL İT İK KİMYA DERS NOTLARI Yrd.Doç.Dr. Hüseyin ÇEL İKKAN 1. BÖLÜM : ANAL İT İK KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARIAnalitik Kimya Analitik kimya, bilimin her alan nda faydalan lan, maddenin özellikleri hakk nda bilgi veren yöntemlerin bütünüdür. Di ğer bir ifadeyle; Kimya biliminin belirli bir maddenin kimyasal bile şenlerinin ya da bile şenlerden bir bölümünün niteli ğini ve niceli ğini inceleyen bir bilim dal d r. Analitik kimyadan, hemen her bilim dal nda faydalan lmaktad r. Nitel Analiz : Numunenin (Analizi yap lmas istenen madde ya da malzeme) ? kimyasal olarak türlerini belirler. Nicel Analiz : Bu türlerin ba ğ l miktarlar n say sal olarak tayin eder. ? Analit: Bir numunedeki tayin edilecek bile şenlerin ortak ad d r. ? Nicel Analiz Yöntemleri: Gravimetrik yöntem • Volumetrik yöntem • Spektroskopik yöntem ? Elektroanalitik yöntem ? Di ğer yöntemler (kütle spektroskopisi, radyoaktif yöntem, termal analiz ? yöntemleri vs.) Analiz ile ilgili temel kavramlar Nicel Analiz Yap l rken İ zlenmesi Gereken Basamaklar: Y ö ntem Se ç imi : İ stenilen do ğ ruluk 1) seviyesi ve numune say s dikkate al n r. Numune Alma : Madde y ğ n tam olarak 2) temsil edilmelidir. Numune Haz rlama ve Çö zme: 3) Numunenin çö z ü n ü r hale getirilmesi ya da analize kadar bozulmadan korunmas . Sonras nda homojen çö zeltilerinin haz rlanmas . Bozucu Etkilerin Giderilmesi : Ay rma 4) y ö ntemlerine ihtiya ç duyulur. Ö l çü m : Analit ile bilinen maddenin 5) ö l çü len b ü y ü kl ü kleri aras nda orant kurulur. Sonu ç lar n Hesaplanmas : Numunenin 6) toplam k ü tlesi, seyrelme ve stokiyometrik fakt ö rler dikkate al nmal d r. Sonu ç lar n G ü venilirli ğ i : Analiz sonu ç lar 7) istatistiki olarak de ğ erlendirilerek anlaml sonu ç lar halinde sunulmal d r. ANAL İ T İ K Kİ MYADA KULLANILAN TEMEL ARAÇLAR, K İ MYASALLAR VE TEMEL İ Ş LEMLER 2. BÖLÜMK İ MYASAL MADDELER İ N SINIFLANDIRILMASI Teknik Kalitede Safl k : Safs zl ğ en y ü ksek seviyede bulunan kimyasal maddelerdir. • Ucuzdur. • Yayg n bi ç imde y kama ve temizlik ama ç l kullan l rlar. • Reaktif D ü zeyinde Safl k : Analitik ama ç lar i ç in yeterli safl k d ü zeyinde olmal d r. Bu standardlar • Amerikan Kimya Derne ğ i taraf ndan belirtilmi ştir. Primer Standart D ü zeyinde Safl k : Y ü ksek safl kta olmalar n n yan s ra primer standart madde ö zelliklerine • de sahip maddelerdir. *Primer Standart Madde; Y ü ksek safl kta ve havada kararl olmal , hidrat suyu i ç ermemeli (higroskopik olmamal ), mol k ü tlesi y ü ksek olmal (tart m hatas n n d üşü k olmas i ç in) ve ucuz-kolay bulunabilir olmal d r.B İ R K İ MYASALIN Ö ZELL İ KLER İ N İ İ FADE EDEN ET İ KET K ü tlece Y ü zde Molek ü l A ğ rl ğ G ü venlik Kodlar Kimyasal Form ü l ü İ ç erdi ğ i Safs zl klar Chemical Abstract Service NumarasANAL İ T İ K K İ MYADA KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER Makroteraziler : En ç ok 200 g’a kadarl k ö l çü mleri 10 ile 1 mg sapma ile tart m yapabilirler. Analitik Teraziler Yar mikroanalitik Teraziler : En ç ok 30 g’a kadarl k ö l çü mleri 0,01 mg sapma ile tart m yapabilirler . * İ htiyaca g ö re terazi se ç ilir. Primer standard maddelerin tart mlar mutlaka yar mikroanalitik terazide al nmal d r.Beher Laboratuvar Cam Malzemeleri * Hacim ö l çü mlerinde kullan lan cam malzemelerin tercihinde hacim miktar ve istenen hassasiyet derecesi dikkate al n r. Erlen Mez ü r Saat Cam Pipet Ö l çü l ü Balon B ü ret T ü p * Hassasiyet s ras : Beher ve Erlen < Mez ü r < Pipet < B ü ret * Çö zelti haline getirilen numuneler, ö l çü l ü balonla belirli bir hacme tamamlan rlar.SI Birim Sistemine Göre Kabul Edilen Ölçüm Birimleri1 mL = 1x10 - 3 L 1 L = 1x10 3 mL 1 L = 1x10 -6 L 1 L = 1x10 6 L B İ R İ M BÜYÜKLÜKLER İ N İ N KISALTMALARIANAL İ T İ K K İ MYADA HESAPLAMALAR K ü tle (m), bir cisimdeki madde miktar n n de ğ i şmez ö l çü s ü d ü r. ? A ğ rl k ( ) ise, bir cisim ile ç evresi (yerk ü re gibi) aras ndaki ç ekim ? kuvvetidir. = m x g ; g, burada yer ç ekimi ivmesidir. Analitik Kimyada Kullan lan K ü tle Birimleri Mol (n) ; bir kimyasal t ü r ü n miktar n ifade eden SI birimlerindendir. Her zaman bir kimyasal form ü lle birlikte kullan lmal d r ve bu form ü lde g ö sterilen kimyasal n Avagadro Say s (6,022x10 23 ) kadar n ifade eder. Ö rnek : Formaldehitin (CH 2 O) mol k ü tlesini hesaplayal m. (CH 2 O) 1 mol C i ç erir : 12 g 2 mol H i ç erir : 2 g 1 mol O i ç erir : 16 g + 30 g 1 mol CH 2 O, 30 g d r. ?ANAL İ T İ K K İ MYADA HESAPLAMALAR miliMol (mmol) ; Mol say s n n 1/1000 ini ifade eder. Hesaplamalarda kolayl k ama ç l kulan l r. Ö rnek : 25,0 g Na 2 SO 4 (142,0 g/mol) i ç erisinde ka ç gram Na + (22,99 g/mol) bulunur? ? * Kimyasal form ü le bak ld ğ nda 1 mol Na 2 SO 4 , 2 mol Na + i ç erdi ğ i g ö r ü l ü r. ya da par ç a par ç a çö z ü m ü ; Çö zeltiler ve Deri ş imleri Molar Deri şim : 1 L çö zeltide bulunan ( 1 L çö z ü c ü de çö z ü nen ? de ğ il ) kimyasal maddenin mol say s d r. Molarite (M) olarak ifade edilir. Ayn zamanda 1 mL çö zeltide bulunan milimol cinsinden madde miktar da, Molariteyi g ö sterir. Analitik Molarite : 1 L çö zeltideki, çö z ü nenin toplam mol say s d r. ? Bir di ğ er ad da Formalite dir . Denge Molaritesi : Çö zeltide belirli bir t ü r ü n denge halinde bulunan ? molar deri şimini ifade eder. Ö rnek : Analitik deri ş imi 1 M olan H 2 SO 4 çö zeltisi i ç in çö zeltide meydana gelen t ü rlerin denge molariteleri ; [H 2 SO 4 ]= 0,00 M [H 3 O + ]= 1,01 M [HSO 4 - ]= 0,99 M [SO 4 2 - ]=0,01 MÖ rnek : 285 mg triklorasetik asit Cl 3 CCOOH (163,4 g/ mol ) i ç eren 10,0 mL lik bir sulu çö zeltide analitik deri şimi ve t ü rlerin denge molar deri şimlerini hesaplay n z. ( Triklorasetik asit, su i ç erisinde % 73 oran nda iyonla ş r) g HA mol HA HA miktar y mg HA mol HA mg HA g HA HA nxx, , ??? 1 11 2850004186 1000163 74 4 HA miktar y mol HA x , ? ? 3 17 10 4 Sonu ç , 3 anlaml rakama indirgenerek verilmelidir mol HA mol HA mL M HA L mL L HA ,x Cx, , ? ? ?? 3 174101000 0 1 174 001 HA H + + A - ? ?? ? ?? Ba ş lang şta : 100 -- -- Dengede : 27 73 73 27 [HA]=0,174 M x = 0,0 M 1 470 00 73 [A] = [H] = 0,174 M x = 0, 12 M 100 7 ??Ö rnek : 2 L 0,108 M BaCl 2 çö zeltisinin BaCl 2 .2H 2 O (244,3 g/ mol ) dan ne şekilde haz rlanaca ğ n a ç klay n z. 222 22 222 0,108 mol 2HO 2443 g 2HO = 2 L x 1 L1 mol 2HO BaCl1 mol BaCl g BaCl BaCl1 mol BaCl . , .xx . 22 527 2HO = 688 g = 52,8 g g BaCl , . BaCl 2 .2H 2 OY ü zde Deri şim : Pay ve paydan n k ü tle veya hacim birimleri ayn ? olmal d r. Ö rnek : A ğ rl k ç a % 70 lik HNO 3 piyasada yayg n bi ç imde bulunur. Bu çö zeltinin 100 g nda , 7 g HNO 3 bulunur. Ö rnek : Hacimce y ü zde genelde saf bir s v n n ba ş ka bir s v ile seyreltildi ğ i çö zeltiler i ç in kullan l r. % 5 lik (v/v) sulu metanol çö zeltisi , 5mL metanol ü n , suyla 100 mL ye tamamlanmas yoluyla haz rlan r. Ö rnek : A ğ rl k/hacimce y ü zde ise genellikle kat maddelerin seyreltik sulu çö zeltilerinin deri ş imlerini ifade etmede kullan l rlar. % 5 lik (m/v) sulu g ü m üş nitrat çö zeltisi, 5 g AgNO 3 ü n, suyla hacmi 100 ml olacak ş ekilde, suda çö z ü nmesiyle haz rlan r. Milyonda k s m ve Milyarda k s m : Ç ok seyreltik çö zeltilerin • deri şimlerin ifade edilmesinde kullan l rlar. * Hem ppm hem de ppb birimleri sadece sulu çö zeltiler i ç in de ğ il, di ğ er s v lardan haz rlanan çö zeltiler i ç in, bir gaz n ba şka bir gaz i ç indeki miktar n n ifadesi (gaz-gaz, s v -gaz çö zeltileri) ve kat lar n birbirileri i ç erisinde çö z ü nmesiyle olu şturduklar ala ş mlar i ç in de kullan lmaktad r. Sulu çö zeltiler s ö z konusu oldu ğ unda, yeterince seyreltik oldu ğ undan; • (d 1 g/mL) Ö rnek : 63,3 ppm K 3 Fe(CN) 6 (323,9 g/ mol ) i ç eren bir sulu • çö zeltideki K + iyonlar n n mola r itesini bulunuz. ? ? 36 3 [K]x[KFe(CN)] 63,3 mg KFe(CN) 63,3 ppm KFe(CN) L ? 36 36 63,3 mg [KFe(CN)]mol [KFe(CN)] g mol K [K]xxx L mg, g mol [KFe(CN)] ? ? ? 3636 3 36 1 13 1032931 mol K [K]x ,x M [K] L , ? ???? ? ? 44 678105771 76 0 5 63,3 ppm , 3 anlaml rakamd r. Sonu ç da 3 anlaml verilmek zorundad r. Çö zeltilerin Yo ğ unlu ğ u ve Ö zg ü l A ğ rl ğ : ? Yo ğ unluk Ö zg ü l a ğ rl k Bir maddenin yo ğ unlu ğ u , birim hacminin k ü tlesidir. Ö zg ü l a ğ rl ğ ise belirli bir hacimdeki maddenin k ü tlesinin, ayn hacimdeki suyun 4 o C s cakl ktaki suyun k ü tlesine oran d r. Yo ğ unluk birimi g/mL iken ö zg ü l a ğ rl ğ n birimi yoktur. * Bununla beraber, sulu çö zeltiler i ç in yo ğ unluk yerine ç o ğ u zaman ö zg ü l a ğ rl k kullan l r. Ö rnek : Ö zg ü l a ğ rl ğ 1,18 olan % 37 (a/a) l k deri şik HCl (36,5 g/ mol ) çö zeltisinden, 100 mL 6,0 M HCl çö zeltisinin nas l haz rlan r ? 6,0 mol HCL1 Lg HCl m HCl = x 100 mL x x 36,5 = 21,9 g HCl 1 L1000 mLmol HCl 100 g HCl çözeltisi 1 mL HCl çözeltisi = 21,9 g HCl x x = ,160 mL HCl çözelti si 37 g HCl118 g HCl çözeltisi 50 HCl , ? * 50 mL deri şik asit al narak, suyla ö l çü l ü balonda 100 mL’ye tamamlan r. Stokiyometrik Hesaplamalar : ? Ö rnek : 2,33 g Na 2 CO 3 (106,0 g/ mol ) Ag 2 CO 3 a d ö n üş t ü rmek i ç in ka ç gram AgNO 3 (169,9 g/ mol ) gereklidir ? Ka ç gram Ag 2 CO 3 (275,7 g/ mol ) olu şur? Na 2 CO 3 (suda) + 2 AgNO3(suda) › Ag 2 CO 3 (k) + 2 NaNO 3 (suda) Basamak 1 : 23 232323 23 1 mol NaCO mol NaCO= 2,33 g NaCOx = 0,02198 mol Na CO 1060 g NaCO , Basamak 2 : 3 3233 23 2 mol AgNO mol AgNO = 0,02198 mol NaCO x = 0,04396 mol AgNO 1 mol NaCO Stokiyometri Basamak 3 : 3 333 3 169,9 g AgNO g AgNO = 0,04396 mol AgNO x = 7,47 g Ag NO 1 mol AgNO 2323 23323 323 1 mol AgCO275,7 g AgCO Olu ºan g AgCO = 0,04396 mol AgNOx x = 6,06 g AgCO 2 mol AgNO1 mol AgCOStokiyometrik Hesaplamalar : ? Ö rnek : 25,0 mL 0,200 M AgNO 3 çö zeltisi 50,0 mL 0,0800 M Na 2 CO 3 ile kar şt r ld ğ nda olu şan Ag 2 CO 3 n k ü tlesi ne kadard r ? Na 2 CO 3 (suda) + 2 AgNO3(suda) › Ag 2 CO 3 (k) + 2 NaNO 3 (suda) İ ki çö zelti kar şt r ld ğ nda a şa ğ daki 3 olaydan biri ger ç ekle şecektir : * İ lk basamak olarak, reaktiflerin miktarlar hesaplan r Stokiyomeri dikkate al nd ğ nda ; her bir Na 2 CO 3 i ç in 2 mol AgNO 3 gereklidir. Burada s n rlay c reaktifin AgNO 3 oldu ğ u g ö r ü lmektedir. Reaksiyon tamamland ktan sonra AgNO 3 n fazlas kalacakt r, 1) Reaksiyon tamamland ktan sonra Na 2 CO 3 n fazlas kalacakt r, 2) Ortamdaki reaktiflerin ikisi de tamamen harcanacakt r. 3) 3 33 333 33 1 L AgNO 0200 mol AgNO mol AgNO = 25,0 mL AgNO x x = 5,00 x 1 0mol AgNO 1000 mL AgNO 1 L AgNO , ? 3 2323 232323 2323 1 L NaCO 00800 mol NaCO mol NaCO = 50,0 mL NaCO x x = 4,00 x 1 0mol NaCO 1000 mL NaCO 1 L NaCO , ? 2323 23323 323 1 mol AgCO2757 g AgCO g AgCO = 5,00 mol AgNO x x = 0, g AgCO 2 mol AgNO1 mol AO 689 gC ,BÖLÜM SONU Laboratuvarda Çal ı ş ı rken Güvenli ğ inize Dikkat Ediniz