Ana içerik

Konu: Kimya Kütüphanesi > Ünite 5

Ders 3: Sınırlayıcı Maddenin Stokiyometrisi

Gravimetrik Analize Giriş

Gravimetrik analize giriş ve çöktürme gravimetrisi. Metal hidrat karışımının saflığını belirlemek için volatilizasyon gravimetrisi kullanılan bir örnek.

Gravimetrik analiz nedir?

Gravimetrik analiz, kütlesel değişimi ölçümleyerek bir maddenin kütlesini ya da konsantrasyonunu (derişim) belirlemek için kullanılan bir laboratuvar tekniği kategorisidir. Niceliğini belirlemeye çalıştığımız maddeden zaman zaman analit olarak adlandırıldığını duyabilirsiniz. Gravimetrik analiz aşağıdaki gibi sorulara yanıt verebilmek için kullanılır:

Çözeltideki analitin konsantrasyonu nedir?
Numunemiz (örneğimiz) ne kadar saftır? Burada bahsi geçen numune bir katı olabilir ya da bir çözelti içinde bulunuyor olabilir.

Gravimetrik analizin yaygın kullanılan

2

çeşidi vardır. İkisinde de, analitin hali değişitirilerek karışımdan ayrışması sağlanır ve bu da kütlesinde bir değişim ile sonuçlanır. Bu iki yöntemin de gravimetrik analiz olarak adlandırıldığını ya da aşağıdaki isimlerin kullanıldığını görmüş olabilirsiniz.

Uçucu hale getirme yönteminde, numune ısıtılarak ya da kimyasal yollarla ayrıştırılarak karışım bileşenlerine ayrılır. Isıtma ya da kimyasal ayrıştırma sonucu uçucu bileşenler ayrışır ve sonuç olarak kütlede ölçebileceğimiz bir değişim meydana gelir. Makalenin bir sonraki bölümünde bu yöntemle ilgili daha ayrıntılı bir örnek bulabilirsiniz.

Kimyada, "uçucu" kelimesi hem bir isim hem de bir sıfat olarak kullanılır. İsim olarak kullanıldığında, kolaylıkla buharlaştırılabilen bir madde anlamına gelir. Sıfat olan uçucu ise, aşağıdaki örnek cümlede olduğu gibi, buharlaştırılması özellikle kolay olan bir maddeyi tanımlar:

"En sevdiğim apolar çözücü pentandır. Neden diyecek olursanız, uçucu olduğundan tepkime sonrasında ortadan tamamen kalkmış oluyor!"

Bir maddenin buharlaştırılması sürecinden zaman zaman "volatilizasyon" ya da "uçucu hale getirme" olarak da bahsedilir.

Çöktürme yönteminde ise, bileşenleri ayrıştımak amacı ile çözeltiye bir katı eklenerek bir çökelme tepkimesi gerçekleştirilir. Hal değişiikliği, analit çözelti içindeyken, tepkimeye girerek katı bir çökelti oluşturduğu için gerçekleşir. Katı, sıvı bileşenlerden filtreleme yöntemi ile ayrılır. Katının kütlesi, çözeltideki iyonik bileşiklerin miktarı ya da konsantrasyonunu belirlemek için kullanılabilir.

Bu makalede, bir kimya laboratuvarı ortamında gerçekleştirilen uçucu hale getirme yöntemi kullanılarak yapılan bir gravimetri örneği göreceğiz. Ek olarak, gravimetrik analiz deneyi sırasında karşılaşabileceğimiz sorunları ve bunların sonuçlarımızı nasıl etkileyebileceğini de göreceğiz.

Örnek: Bir metal hidrat karışımının saflığını uçucu hale getirme yöntemi ile belirleyelim

Haberler pek de iyi değil! Az önce sakar lab asistanımız Igor, bir metal hidrat (

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

) şişesine yanlışlıkla bilinmeyen miktarda

KCl

karıştırdığını söyledi.

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun saflığını belirlemek için

9, 51 g

metal hidrat karışımını suyu numuneden ayırmak için ısıtıyoruz. Isıtma işleminden sonra numunenin kütlesi

9, 14 g

azalıyor.

Başlangıçtaki karışımdaki ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍'nun kütle yüzdesi nedir?

Gravimetrik analiz problemleri, aslında birkaç fazla adım daha içeren stokiyometri problemleridir. Daha önce yaptığımız stokiyometri hesaplamalarında, denkleştirilmiş kimyasal denklemin katsayılarını kullandığımızı hatırlıyorsunuz değil mi?

İlk olarak, numuneyi ısıttığımızda neler olduğunu analiz edelim. Suyu uzaklaştırılmış

{BaCl}_{2} (s)

ve su buharı elde etmek için,

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'dan suyu uzaklaştırırız. Isıtma işleminin sonunda, elimizde suyu uzaklaştırılmış

{BaCl}_{2} (s)

KCl (s)

kalır. Aşağıdaki hesaplamaları yaparken, şu varsayımlarda bulunacağız.

Bazı diğer ayrışma süreçlerinin aksine, numunenin kütle kaybı buharlaşan $H_{2} O$ ‍'dan kaynaklanmıştır.
Suyun tamamı, ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍'nun dehidrasyonundan gelir.

Not: Karışımda kirletici olan

KCl

'den ne kadar bulunduğunu bilmiyoruz. Bu, kütlece,

% 0 - 100 KCl

anlamına gelebilir! Ancak, buharlaşmadan sonra su kaybı olduğu için,

% 100 KCl

olmayacağını da biliyoruz.

Dehidrasyon tepkimesini, aşağıdaki denkleştirilmiş kimyasal denklem ile ifade edebiliriz:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (s) \to {BaCl}_{2} (s) + 2 H_{2} O (g)

Yukarıdaki denkleştirilmiş tepkimeye göre, her

1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

için

2 {mol H}_{2} O (g)

elde edeceğimizi görüyoruz. Hesaplamalarımızda bu stokiyometrik ilişkiyi kullanarak, kaybettiğimiz suyun mol sayısından, başlangıçtaki numunedeki

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun mol sayısına geçiş yapabiliriz.

Aslına bakarsanız, KCl'yi denkleme dahil edebiliriz!

KCl (s)

, herhangi bir kimyasal ya da fiziksel tepkime geçirmediği için okun iki tarafına da yazılabilir:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (s) + KCl (s) \to {BaCl}_{2} (s) + 2 H_{2} O (g) + KCl (s)

Bu denklem de, denk ve doğrudur! Ve bu sebeple hesaplamalarımızda kullanabiliriz. Bunu kullandığımızda da, aynı stokiyometrik oranı ve aynı cevabı bulduğumuzu göreceksiniz.

Yukarıdaki denklem ve makalede kullandığımız arasındaki ilişkiyi şu şekilde de gösterebiliriz:

KCl

, okun iki tarafında da, herhangi bir hal değişimine uğramadan yer aldığı için aynen seyirci bir iyon gibi sadeleştirilebilir:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (s) + KCl (s) \to {BaCl}_{2} (s) + 2 H_{2} O (g) + KCl (s)

Böylece makalede kullandığımız denklemin aynısını elde ederiz!

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (s) \to {BaCl}_{2} (s) + 2 H_{2} O (g)

Bu örneği adım adım çözelim.

$1.$ ‍ Adım: Numune kütlesindeki değişimi hesaplayın

Numunemizin kütle değişimini hesaplayarak, ısıtma işlemi sırasında ne kadar su kaybı olduğunu bulabiliriz.

\begin{aligned} H_{2} O Kütlesi & = Numunenin ilk kütlesi - Numunenin son kütlesi \\ = 9, 51 g - 9, 14 g \\ = 0, 37 {g H}_{2} O \end{aligned}

$2$ ‍. Adım: Buharlaşan suyun kütlesini mole çevirin

Mol oranını kullanarak kaybettiğimiz suyun miktarından,

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

miktarına geçiş yapabilmek için, buharlaşan suyun kütlesinden mol sayısını bulmamız gerekiyor. Bu dönüşümü, suyun molekül ağırlığını yani

18, 02 g/mol

'ü kullanarak yapacağız.

Suyun kütlesi = 0, 37 {g H}_{2} O \times \frac{1 {mol H}_{2} O}{18, 02 {g H}_{2} O} = 2, 05 \times 10^{- 2} {mol H}_{2} O

$3$ ‍. Adım: Suyun mol sayısından ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍'nun mol sayısını bulun

Denkleştirilmiş denklemden elde ettiğimiz mol oranını kullanarak, suyun mol sayısından

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun mol sayısını bulabiliriz.

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O mol sayısı = 2, 05 \times 10^{- 2} {mol H}_{2} O \times \frac{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{2 {mol H}_{2} O} = 1, 03 \times 10^{- 2} {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

$4$ ‍. Adım: ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍'nun mol sayısından gram cinsinden kütlesini bulun

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun kütle yüzdesini bulmak istediğimiz için, orijinal numunedeki

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun kütlesini bilmemiz gerekir.

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun mol sayısından, gram cinsinden kütlesine geçiş yapmak için

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun molekül ağırlığını kullanacağız.

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O Kütlesi = 1, 03 \times 10^{- 2} {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O \times \frac{244, 47 {g BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O} = 2, 51 {g BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

Adım $5$ ‍. Orijinal örnekte ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍'nun kütle yüzdesini hesaplayın

Kütle yüzdesini,

4

. Adımda bulduğumuz oranı ve orijinal numunenin kütlesini kullanarak hesaplayabiliriz.

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O Kütle % = \frac{2, 51 g {BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{9, 51 g karışım} \times 100 % = 26, 4 % {BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (Igor’a teşekkür etmek yok!)

Kısayol:

2

4

arasındaki adımları tek bir hesaplamayla da yapabiliriz ancak bunu yaparken birimlere ekstra dikkat etmemiz gerektiğini de hemen söyleyelim.

H_{2} O

'nun kütlesinden,

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

'nun (bu arada, hesaplamalarda bunu "hidrat" olarak adlandıracağız) kütlesine geçiş yapmak için aşağıdaki ifadeyi kullanabiliriz:

Hidratın kütlesi = \underset{⏟}{0, 37 {g H}_{2} O \times \frac{1 {mol H}_{2} O}{18, 02 {g H}_{2} O}} \times \underset{⏟}{\frac{1 mol hidrat}{2 {mol H}_{2} O}} \times \underset{⏟}{\frac{244, 47 g hidrat}{1 mol hydrate}} = 2, 51 g hidrat

2. Adım: 3. Adım: 4. Adım:

H_{2} O molünü bulun mol oranını kullanın {BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O ’nın kaç gram olduğunu bulun

Yapılabilecek olası hatalar

Az önce, gravimetrik analizi, bir karışımın saflığını belirlemek için başarılı bir şekilde kullandık. Ancak labaratuvarda bazen işler bu kadar yolunda gitmeyebilir. Karşılaşılabilecek hatalar arasında:

${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍ 'nun dehidrasyon tepkimesini denkleştirmemek gibi stokiyometri hataları
Suyun buharlaşması için yeteri kadar beklememek ya da bir deney kabının darasını almayı unutmak gibi laboratuvar hataları

Peki bu durumlarda elde ettiğimiz sonuç nasıl değişir?

$1$ ‍. Durum: Denklemi denkleştimeyi unuttuk

Bu durumda,

3

. Adım'da yanlış mol oranını kullanıyor oluruz. Doğru olan,

\frac{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{2 {mol H}_{2} O}

oranı yerine,

\frac{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {mol H}_{2} O}

oranını kullanırız. Bu,

3

Adım'da hesapladığımız metal hidrat molunu iki katına çıkarır ve böylece

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

kütle yüzdesinin de iki katını elde ederiz. Nihayetinde, örneğimizin gerçekte olduğundan çok daha yüksek saflığa sahip olduğunu buluruz!

Kavram kontrolü: $1$ ‍. durumda hesaplanan metal hidrat kütlesi ne olur?

Denk olmayan denklem aşağıdaki gibidir:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (s) \to {BaCl}_{2} (s) + H_{2} O (g)

3

. Adımda, suyun mol sayısından,

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

sayısına geçiş yaparken, denk olmayan denklemden elde ettiğimiz hatalı mol oranını kullanırsak aşağıdaki sonuca ulaşırız:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O mol sayısı = 2, 05 \times 10^{- 2} {mol H}_{2} O \times \frac{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {mol H}_{2} O} = 2, 05 \times 10^{- 2} {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

Bulduğumuz mol sayısının, doğru mol oranını kullanarak bulduğumuzun iki katı olduğuna dikkatinizi çekmek istiyoruz! Bundan sonra,

4

. Adımda, elde edeceğimiz kütle de, doğru

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

kütlesinin iki ikatı olur:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O kütlesi = 2, 05 \times 10^{- 2} {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O \times \frac{244, 47 {g BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {mol BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O} = 5, 01 {g BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

Bu hikayeden ne ders almak gerekir? Denklemlerin denk olduklarından her zaman emin olmalıyız!

$2$ ‍. Durum: Süremiz yetmedi ve suyun tamamı buharlaşmadı

Bazı durumlarda, suyu uzaklaştırılmış bileşik ile metal hidratın renkleri farklı olur. Örneğin, suyu uzaklaştırılmış bakır(II) sülfat beyaz bir katıken, sulandırıldığında rengi parlak mavi olur. Bu gibi durumlarda, renk değişimi, dehidrasyonu takip amacı ile kütle değişimine ek olarak takip edilebilir. Görsel by Benjah-bmm27 on Wikimedia Commons, Public domain

İkinci durumda, numunemizi gerektiği kadar dehidre edemedik. Bunun, bir çok farklı sebebi olabilir. Örnek olarak, süremiz yetmemiştir, ısıtma işlemi olması gerekenden düşük bir sıcaklıkta gerçekleşmiştir ya da yanlışlıkla numuneyi ısıdan erken almış olabiliriz. Bu durum hesaplamalarımızı nasıl etkiler?

Bu durumda,

1

. Adımda hesaplayacağımız kütle farkı, olması gerekenden daha küçük olur ve sonuç olarak $2$ ‍. Adımda daha az sayıda mol buluruz. Bu da, suyu tamamen uzaklaştırılmış ya da dehidrasyonu tamamlanmış bir numuneye oranla, daha düşük bir

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

kütle yüzdesi hesaplamamıza sebep olur. Sonuç olarak da, metal hidratın saflığının da olduğundan daha düşük olduğunu buluruz.

Kimyacılar,

2

. durumu, sabit kütleye ulaşana kadar kurutma ile engellemeye çalışırlar. Bu, kütlede herhangi bir değişim meydana gelmeyene kadar, kurutma süresince gerçekleşen kütle değişimini izleyerek yapılır ve ayrıca kullanılan ölçüm aletlerinin doğruluğuyla da yakından ilişkilidir. Numune ısıtılmaya başlandığında, su kaybı gerçekleşeceği için belirgin bir kütle değişimi beklenir. Isıtma süresince, buharlaşacak su miktarı giderek azaldığından, kütlede gözlemlenen değişimler de küçülmeye başlar. Belirli bir noktada, kütlede büyük bir değişim gerçekleştirecek kadar su kalmadığından, yapılan ölçümlerde kütlenin sabit kaldığı gözlemlenir. Bu gerçekleştiğinde de, numunemizin artık kuru olduğunu varsayabiliriz!

Lab ipucu: Bir numuneden uçucular uzaklaştırılırken yüzey alanı her zaman önemli bir faktördür. Yüzey alanının büyük olması, buharlaşma oranını arttırır. Numunenin yüzey alanı, numuneyi ısıtma yüzeyi üzerinde mümkün olduğunca ince bir tabaka haline getirerek ya da nem büyük katı parçaların içinde sıkışmış halde bulunabileceği için bu parçaları mümkün olduğu ölçüde küçük parçalara ayırarak arttırılabilir.

Bu, hepimizin başına gelebilir. Kişisel deneyimlerime dayanarak konuşmam gerekirse, bunun çok ama çok sık gerçekleşen bir durum olduğunu söyleyebilirim. Neyse ki, böylesi bir durumda kullanabileceğimizi

2

olası çözüm var.

Eğer aceleniz varsa, kuruttuğunuz katıyı, temiz ve darası alınmış bir kaba alın. Numunenin bir kısmı orijinal kaba yapışıp kalırsa, bir miktar kütle kaybı söz konusu olabilir. Ama yine de, bu şekilde oldukça hızlı bir sonuç elde edebilirsiniz.

Ya da, orijinal kabın darasını içindeki numune ile birlikte alabilir, katıyı başka bir kaba aktarıp, kabı yıkayıp iyice kuruladıktan sonra da sadece kabı tartabilirsiniz. Elde ettiğiniz sonucu, katı ile birlikte yaptığınız ölçümden çıkardığınızda, her ne kadar ilk yönteme göre biraz daha fazla zaman harcamış olsanız da, katınızın kütlesi için daha doğru bir ölçüm yapmış olursunuz.

Özet

Gravimetrik analiz, kütlesel değişimi ölçümleyerek bir maddenin kütlesini ya da konsantrasyonunu (derişim) belirlemek için kullanılan bir laboratuvar tekniği kategorisidir. Gravimetrik analiz, uçucu maddelerin ayrılmasından sonra elde edilen kütle değişimini baz alan uçucu hale getirme yöntemi ile yapılabilir. Buna örnek olarak, bir metal hidratın saflığını belirlemek için ısıtma sonrası elde edilen kütle değişimini kullanmayı verebiliriz. İşte size, gravimetrik analiz deneyleri ve hesaplamaları ile ilgili bazı faydalı ipuçları:

Stokiyometriyi kontrol edin ve denklemlerin denk olduklarından emin olun.
Uçucular bir numuneden uzaklaştırılırken, sabit kütleye ulaşana kadar kurutmaya devam edin.
Deney kaplarınızın darasını almayı asla ve asla unutmayın!

Gravimetrik analizin diğer yaygın türü hakkında daha fazla bilgi edinmek için çöktürme yöntemini incelediğimiz bu makalemize göz atabilirsiniz.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap

Sıralama ölçütü:

Henüz gönderi yok.

İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.

Kimya Kütüphanesi

Konu: Kimya Kütüphanesi > Ünite 5

Gravimetrik analiz nedir?

Örnek: Bir metal hidrat karışımının saflığını uçucu hale getirme yöntemi ile belirleyelim

1.‍ Adım: Numune kütlesindeki değişimi hesaplayın

2‍ . Adım: Buharlaşan suyun kütlesini mole çevirin

3‍ . Adım: Suyun mol sayısından BaCl2⋅2H2O‍ 'nun mol sayısını bulun

4‍ . Adım: BaCl2⋅2H2O‍ 'nun mol sayısından gram cinsinden kütlesini bulun

Adım 5‍ . Orijinal örnekte BaCl2⋅2H2O‍ 'nun kütle yüzdesini hesaplayın