Sularda Sertlik

1.SULARDA SERTLİK
.
Bütün sularda ortak özellik sertliktir, sertlik sularda erimiş halde bulunan bazı
maddelerden ileri gelmektedir. Yüksek miktardaki kalsiyum ve magnezyumun
neden olduğu , sabun köpüğü etkisinin azaltılması olarak tarif edilebilir.
Sertliği “sularda erimiş halde bulunan toprak alkali ve magnezyum tuzları ile
serbest karbondioksitin vermiş olduğu özelliktir.” şeklinde de tanımlayabiliriz .
Çok yüksek konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda , magnezyum sadece scale
formunda iken , kalsiyum scale oluşturmaktadır. Kalsiyum ve magnezyum
tuzları , suda farklı çözünürler.Bu tuzlar daha ziyade Ca(HCO3)2 , CaSO4,
Mg(HCO3)2 , MgSO4 tır. Bazı sularda bu metallerin klorürlerine de
rastlanabilir.Sertlikler toplam sertlik, geçici sertlik, kalıcı sertlik olmak üzere üç
kısımda incelenir.
a. Geçici Sertlik: Hidrokarbonatlar ve karbondioksitten meydana gelen
sertliktir. Sık sık karbonat sertliği olarak bilinmesine rağmen ,CO2 ,
kalsiyum ve magnezyumun bir bileşimidir. magnezyum ve kalsiyum;
hidrokarbonatlar , Mg++ +2HCO3 ve Ca++ +2HCO3 şeklinde suda
erirler. Bu eriyik , sudaki CO2 miktarına çok bağlıdır ve sıcaklıkla kontrol
edilebilir. Bu nedenle geçici sertlik adını almıştır Isıtılma ile giderilebilir.
Bilindiği gibi hidrokarbonlar ısıtılınca;
Ca(HCO3)2   CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2   MgCO3 + CO2 + H2O
reaksiyonuna göre ayrışırlar. Normal karbonatlar çöker; gerek ayrışma
sonucu açığa çıkan gerek suda çözünmüş halde bulunan serbest
karbondioksit uçar. Böylece suyun geçici sertliği giderilmiş olur.
b. Kalıcı Sertlik: Toprak alkali metal sülfatlar, fosfat ve eğer varsa
klorürlerden ileri gelen sertliktir. Kalsiyum ve magnezyum dışında ki suda
eriyen tuzların toplanmasından meydana gelir.. Bu eriyik sudaki CO2 den
etkilenmediği için, daha kalıcıdır. Isıtılma ile giderilemezler.
c. Toplam Sertlik: Yukarıda anlatılan bütün maddelerden ileri gelen
sertliktir. Yani geçici ve kalıcı sertliğin toplamıdır.
2.SERTLİK DERECELERİ
Sertlikler değişik ülkelerde değişik tarzlarda derecelendirilmiştir.
Günümüzde en çok kullanılan sertlik dereceleri Fransız, Alman , İngiliz ve
milival sertliğidir. Ülkemizde genellikle Fransız ve Alman sertliği
kullanılmaktadır.
a. Fransız sertlik derecesi: 100000 gr suda çözünmüş halde bulunan
sertlik verici maddelerin, 1gr kalsiyum karbonata tekabül eden miktarı
olarak tanımlanır. Bir litre suda 0,01 gr kalsiyum karbonat diye de tarif
edilebilir. Örneğin yalnız kalsiyum bi karbonat bulunduğunu
varsayalım. Kalsiyum bi karbonatın molekül ağırlığı 162 dir. Kalsiyum
karbonatın ise 100 dür. 1 gr kalsiyum karbonata 162/100 = 1,62 gr
Kalsiyum bi karbonatın bulunması , bu suyun 1 fransız sertlik
derecesinde olduğunu gösterir. Diğer maddeler içinde aynı hesap
yapılır.
b. Alman sertlik derecesi: buradaki hesap yukardakinin aynıdır, yalnız
kalsiyum karbonat yerine , kalsiyum oksit alınmıştır.Kalsiyum oksidin
(CaO) molekül ağırlığı 56 dır. Buna göre (162/56=2,89) , 100
litresinde 2.89 gr kalsiyum karbonat olan suyun alman sertlik derecesi
1 dir. Alman sertlik derecesi medde bakımından Fransız sertlik
derecesine nazaran oldukça yüksektir., zira 100/56 oranına göre 1
alman sertlik derecesi 1,79 fransız sertlik derecesidir.
c. İngiliz sertlik derecesi: 70000 gr sudaki sertlik veren maddelerin
karbonata tekabül eden miktarıdır. Fransız sertlik derecesinden büyük,
Alman sertlik derecesinden küçüktür.
d. Milival sertliği: daha ziyade geçici sertlik (karbonat sertliği de denir)
sertliğin hesaplanmasına yarar. Bir litre suda bulunan milival gramı
gösterir. Mesela kalsiyum karbonatı ele alalım. Molekül ağırlığı 100;
kimyasal eşdeğer miktarı ise 100/2 =50 dir. Bunun binde biri 0,005 gr
kalsiyum karbonat veya bu miktara tekabül eden diğer sertlik verern
maddelerin bulunması 1 milival değerini verecektir.
Pratikte 100 cm3 suyun nötrleştirilmesi için kullanılan cm3 n/10
(desi normal) hidroklorik asit , yani litrede desival hidroklorik asit
olarak ifade edilir.
Bir milival sertlik , 5 Fransız sertlik derecesidir.
Aşağıdaki tablo derecelerin birbirine dönüştürülmesini göstermektedir.
Sertlik dereceleri milival/lt
Fransız Alman(al) İngiliz(in)
1Fr. S.d. 1,00 0,56 0,70 0,2
1Al. S.d. 1,79 1,00 1,25 0,357
1İn. S.d. 1,43 0,80 1,00 0,286
1Mval/l 5,00 2,80 3,50 1,00
3. SERTLİK DERECELERİNİN TAYİNİ
Sertlik derecelerinin tayini birkaç metotla yapılır. Bunlar;
a.Lunge ve wartha-pfeifer metodu
b.Potasyum palmitat (blacher) metodu
c.Sabun eriyiği metodudur.
a.Lunge metodu: bu metot ile bilhassa geçici sertlik kolaylıkla bulunur. Bir
cam kapta (erlen mayer) 100 cm3 su, 1-2 damla metil oranj eriyiği indikatörü
karşısında, renk değiştirnceye kadar, N/10 HCL çözeltisi ile nötrleştirilir.
Reaksiyon sonucunu doğru tespit etmek için su, renk sabit kalıncaya kadar, bir
müddet kaynatılır.
Ca(HCO3)2  +2HCl  CaCl2 + H2O + 2CO2
Sonuç milival/l üzerinedir.
b.Potasyum palmitat (blacher) metodu: Teknikte kullanılan eski bir metotdur.
c.Sabun eriyiği metodu: Bu metodun tatbiki kolay neticesi çabuktur. Fazla
hassaslık istemeyen günlük analizlerde çok elverişlidir.
Metodun esası, toprak alkali metallerde magnezyumun sabunu parçalaması,
açığa çıkan yağ asitleriyle birleşerek, suda erimeyen bu metal tuzlarının, yani
sabunların teşekkül etmesine dayanır. Ancak bu metal iyonlarının tamamen
bitmesinden sonradır ve sabun köpürmeye başlar.
Reaksiyon:
2C17H33COONa (adi sabun) + Ca++  Ca (C17H33COO)2 + 2Na+
tarzındadır.
Bu işin yapılması için 3 eriyiğe , 2 de cam alete ihtiyaç vardır.
1. ayarı yapmak mahsus kalsiyum ve baryum klorür çözeltisi
2. ayarı yapılacak sabun çözeltisi.
3. 1/60 amonyum okzalat eriyiği (H4NOOC-COONH4)
4. hidrotimetri şişesi
5. hidrotimetri büreti
1- Ayar çözeltisinin hazırlanması: 0,25 gr susuz kalsiyum klorür (CaCl2),
veya kalsiyum klorür nem çekici olduğundan onun yerine eşdeğer
miktarda 0,55 gr baryum klorür(BaCl2, 2H2O) tartılır, litrelik ayarlı balon
jojede eritilerek damıtık su ile litreye tamamlanır. Bu çözeltinin 40 cm3 ü
22 hidrotimetri derecesine tekabül eder.
2- Ayarlanacak sabun eriyiğinin hazırlanması: dış kısmı atılmış iyi cins
sabun, rendelenir 20 gr tartılır. 300 cm3 alkol (%95’lik) bir balona koyulur,
alkol kaybına mani olmak için bir geri soğutucu altında, su hamamında,
sabun tamamen eriyinceye kadar ısıtılır. Damıtık su ile 100 cm3 e
tamamlanır, 12 saat durulmaya bırakılır, süzülür.
3- 1/60 lık amonyum oksalat eriyiği: 1gr amonyum oksalat 60 cm3 suda
eritilerek hazırlanır.
4- Hidrotimetri şişesi: Ağzı zımpara kapaklıdır, her biri 10cm3 ü gösteren
dört çizgisi bulunmaktadır.
5- Hidrotimetri büreti: sabun eriyiğini doldurmaya ve kullanılması
sırasında damlatmaya yarayan biri geniş diğeri dar iki deliği vardır.
Doldurma kısmı geniş olduğundan aynı zamanda damlamayı ayarlamaya
yarar. Büretin üzerinde sıfırdan başlamak üzere belli bir hesaba göre
hazırlanmış bir takım çizgiler bulunmaktadır. Bu çizgilerin her biri belli
bir sertli değerini gösterir. 22 derecelik kısım 2,4cm3 tür. Esas sıfırdan
öncede bir sıfır işareti bulunmaktadır. İki sıfır arasi 40cm3 damıtık suyun
köpürmesine ayrılmıştır.
Şekil: a)Hidrotimetri şişesi, b) Hidrotimetri büreti
6-Sabun eriyiğinin ayarlanması: hidrotimetri büretinin üst kısmına kadar
sabun eriyiği doldurulur. Yukarda söylendiği gibi iki sıfır arası 40 cm3 damıtık
suyun köpürmesine sarf edileceğinden okumaya ikinci sıfırdan başlanır.
Diğer taraftan hidrotimetri şişesine , 40 işaretine kadar, yani 40 cm3 ayar
eriyiği koyulur. Büret boyun kısmından baş ve orta parmakla tutulur, işaret
parmağı ile de doldurma kısmı kapatılır. Bu parmağa hafif bir hareket verme
suretiyle hidrotimetri şişesine sabun eriyiği damlatılır. Şişe kapağı kapatılır,
şiddetle çalkalanır. Damlatma ve çalkalama işine, yara suyunun üzerine 5 dakika
kalabilen , yarım santim kalınlığında bir köpüğün teşekkülüne kadar devam
edilir. Sabun eriyiği tam hazırlanmışsa, büretten sarf edilen miktar 22 dereceyi
gösterir. Fakat çoğu zaman sabun eriyiği daha yoğun hazırlandığından, derece
daha yüksek bulunur. Bu takdirde sabun eriyiği tartılır, fazla olan her bir derece
için ağırlığın 1/23 ü kadar %60 lık alkol ilave edilir. Yeniden ayar yapılır.
4-AYARLI SABUN ERİYİĞİ İLE SERTLİĞİN TAYİNİ
a.Toplam sertlik tayini: sertliği tayin edilecek su üzerinde, önce bir deneme
yapılır. Bu maksatla 20-25 cm3 sertliği tayin edilecek suya 1 cm3 kadar sabun
eriyiği konulur ve çalkalanır. Eğer bulanıklık hafif olursa bu su üzerinde
doğrudan doğruya sertlik tayini yapılabilir. Bulanma fazla olduğu takdirde,
denenecek suyun belirli miktarı, kaynatılmış soğutulmuş damıtık su ile belirli bir
hacme getirilir., bundan sonra işleme tabi tutulur.
Durumu anlaşılmış olan sudan 40 cm3 hidrotimetri şişesine konur,
ayarlama da olduğu gibi hareket edilerek 5 dakika devam eden bir köpük elde
etme suretiyle toplam sertlik bulunmuş olur.
Eğer tayin yapılmadan önce su sulandırılmış ise netice buna göre
hesaplanır.
b.Geçici ve kalıcı sertliklerin bulunması: 100 cm3 su yarım saat kadar
kaynatılır, soğutulur, hacmi kaynatılmış soğutulmuş damıtık su ile eski hacme
tamamlanır. Yine yukarıda olduğu gibi 40 cm3 ü üzerinde sertlik tayini yapılır.
Kaynama esnasında bikarbonatlar ayrışacağından, bunlardan işleri gelen
sertlik, yani geçici sertlik ortadan kalkmış olacak. Bulunan ise kalıcı sertliktir.
Toplam sertlik ile kalıcı sertlik arasındaki fark bize geçici sertliği verecektir.
Gerek kaynatılmamış ve gerekse kaynatılmış denecek suyun 50 cm3 ü 2
cm3 ü amonyum oksalat (1/60) eriyiği ile muamele edilirse kalsiyum iyonu
kalsiyum oksalat haline geçer ve çöker. Bu suretle hazırlanan suların
sertliklerinin tayininde ise netice sadece magnezyumdan gelen sertliği gösterir.
Kaynatılmamış suda ayrıca karbon di oksitte neticeye ilave olur.