Transcript su ve çözeltiler

SU VE ÇÖZELTİLER
Dr. Sedat TÜRE
SU
Su, bir inorganik maddedir
Su, H2O molekül yapısındadır
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
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
Su, polar bir çözücüdür (solvent). Su içindeki
katyonlar su molekülünün negatif yük merkezini
çekerler; anyonlar da su molekülünün pozitif yük
merkezini çekerler
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 sevmezolarak tanımlanırlar
Hidrofobik etkileşimler canlıların oluşmasında önemli
role sahiptirler
Polar ve nonpolar bölgeleri aynı zamanda bulunduran
yapılara amfipatik yapılar denir. Amfipatik yapılar, suda
misel, çift tabaka, vezikül oluştururlar
ÇÖZELTİLER
Çözücü (solvent) denen dağıtıcı bir faz ile bir veya
birçok dağıtılmış fazdan (çözünen, solüt) kurulan sıvı bir
örnek durum çözelti (solüsyon) olarak tanımlanır
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
Makromoleküler çözeltiler ve misel çözeltilere kolloidal
çözeltiler veya sol denir
Ortam sıcaklığında suyla çalkalamakla bazı yapılar bir
çözelti oluşturmazlar; çabuk çöken, dayanıksız, heterojen
ve süspansiyon denen bir durumu yaparlar
Peltemsi bir şekil alan ve katı maddelerin bir çok
özelliklerine sahip olan kolloidal sisteme jel denir
Çözünen madde konsantrasyonuna göre
çözeltiler
1) Dilüe çözeltiler (seyreltik çözeltiler)
2) Konsantre çözeltiler (derişik çözeltiler)
3) Doymuş çözeltiler (satüre çözeltiler)
Dilüe çözeltiler (seyreltik çözeltiler), çözünmüş madde
miktarının az olduğu çözeltilerdir (konsantrasyonu düşük
çözeltiler)
Konsantre çözeltiler (derişik çözeltiler), çözünmüş
madde miktarının fazla olduğu çözeltilerdir
(konsantrasyonu yüksek çözeltiler)
Doymuş çözeltiler (satüre çözeltiler), çözünmüş madde
miktarının maksimum olduğu çözeltilerdir
Çözelti konsantrasyonları
Bir çözeltinin konsantrasyonu, çözeltinin belirli bir
volümü içinde çözünmüş olan madde (substrat)
miktarıdır
-Yüzde (% )
-Molarite (M)
-Molalite (m)
-Normalite (N)
çözelti konsantrasyonlarını anlatmak için
kullanılan ifadelerdir
Yüzde (%) konsantrasyonlar
Çözeltinin konsantrasyonu %8w/w deyince, 8 g
çözünenin 100 g çözeltide bulunduğu anlaşılır
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
%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
%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
%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
Molarite (M)
Polarite, 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=1000000 M
1 mM=1 mmol/L= 0,001 M
1M=1 µmol/L= 0,001 mM
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 CaCl2
111 g CaCl2=1 mol CaCl2
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
Dansitesi 1,19 olan % 38’lik konsantre HCl’den
(HCl’nin molekül ağırlığı 36,46) 500 mL 2M’lık HCl
çözeltisinin, hazırlamak için
gerekir
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
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
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=1000000 Eq/L
1 mN=0,001 N=1000 N=1 mEq/L
500 mL 2,5 N’lik NaOH (molekül ağırlığı 40) çözeltisi
hazırlamak için
gerekir
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
Konsantrasyon birimlerinin birbirine çevrilmesi
Çözeltilerin seyreltilmesi
Konsantre bir çözeltiden dilüe bir çözelti hazırlanmasına
seyreltme (dilusyon) denir
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
25 µL serum ile 25 µL tuz çözeltisi karıştırılırsa,
serum 25:50= 1/2 oranında seyreltilmiş olur
Sabit konsantrasyondan bir alt düşük konsantrasyona
ulaşmak için seri seyreltmeler yapılır
Çözeltilerde C molarite veya normalite olarak ifade
edildiği zaman
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
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
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
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
Nötral pH’da H+ ile OH’nin konsantrasyonu
birbirine eşit ve 10-7M’dır
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
Yüksek konsantrasyonda H+ iyonu (proton) içeren sulu
çözeltiler asitlerdir
Yüksek konsantrasyonda OH¯ iyonu içeren sulu çözeltiler
bazlardır
Asitler proton vericisi (donör), bazlar proton alıcısıdırlar
(akseptör)
Hem proton vericisi (donör), hem proton alıcısı (akseptör)
olan maddelere amfoter maddeler denir
Bir proton donörü ve ona uygun proton akseptörü, bir
konjuge asit-baz çifti oluştururlar
Asit ve bazların suda çözündüklerinde iyonize oluşları
faklıdır. Buna göre zayıf asit – kuvvetli asit veya zayıf baz –
kuvvetli baz tanımı yapılır
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
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)
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
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
Eklenen NaOH miktarlarına karşılık pH değerlerinin grafiği
çizilir. Buradaki grafikte bulunan pH değeri, zayıf asidin pKa
değeridir
Tamponlar
Zayıf bir asit (proton donörü) ve onun konjuge bazını
(proton akseptörü) eşit miktarlarda içeren karışımlar
tampon sistemi olarak bilinirler
Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH)
eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde
olan sulu sistemlerdir
Bir tampon sisteminin tamponlama özelliği, iki reverzibl
reaksiyonun sonucudur
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
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
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
Hem asitlerle hem bazlarla tuz oluşturabilen
maddelere amfolitler veya amfoter elektrolitler
denir
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
Sulu çözeltide ortamın H+ iyonu konsantrasyonuna (pH’ına)
göre renk değiştiren maddeler indikatör olarak tanımlanırlar
İndikatörler, genellikle amfoter maddelerdir
İndikatörler, titrasyonlarda sık kullanılırlar
Litmus, zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde kırmızı,
iyonlanmış halde mavi renklidir
Methyl orange zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde
kırmızı, iyonlanmış halde sarı renklidir
Phenolphthalein, zayıf bir asittir; iyonlaşmamış halde
renksiz, iyonlanmış halde pembe renklidir
İndikatörün renk değiştirdiği noktaya dönüm
noktası denir
Sulu çözeltilerin pH’ı, genellikle bir amfolit olan ve
ortamın H+ iyonu konsantrasyonuna (pH’ına) göre
renk değiştiren indikatör boyalar yardımıyla
ölçülebilir
Sulu çözeltilerin pH’ını ortamın H+ iyonu
konsantrasyonuna (pH’ına) göre renk değiştiren
indikatör boyalar yardımıyla ölçme yöntemlerine
kolorimetrik yöntemler denir
Sulu çözeltilerin pH’ı, elektrometrik yöntemler denen,
iki elektrot arasındaki potansiyel farkının bir
galvanometre ile ölçülmesi esasına dayanan yöntemlerle
daha hassas olarak ölçülebilir
pH metre denen aletlerde elektrottan çıkan sinyal,
şiddetlendirilir ve pH’ı bilinen bir çözelti tarafından
oluşturulan sinyal ile karşılaştırılır