Sert Sular ve Sertlik

BAŞLIKLAR


*Sert Sular ve Sertlik
*Suya Sertlik Yapan Cisimler
*Serlik Çeşitleri
*Su sertliğini belirtme metodu
*Bouton-Boudet Metodu
*Ayarlı sabun eriyiği ile belirtmesi
*Potasyum palmitat metodu
*Su arıtma (yumuşatma) metodları

Sert Sular ve Sertlik
Kolaylıkla sabun ile köpürmeye, lezzeti hoş olmayan, Mg ve Ca tuzlarını ihtiva eden sulara sert su adı verilir. Sert sularda, pratik olarak ekseriye Mg ve Ca Bikarbonatları, kloürler ve sülfatları nazarı itibare alınır. Bu gibi sulsr,buharlaştırıldıklarında fazla miktarda artık bırakırlar.

Suya Sertlik Yapan Cisimler
Mg ve Ca tuzlarında başka Fe ve Al’un suda eriyen tuzları suyu sertleştirirler. Bu tuzların başlıca CO3 =,Cl-, NO3- ve SO4= dır. Bu metal tuzları eriyikleri, alkalı sabun eriyikleri ile muamele edilince, suda erimeyen metal sabunları hasıl ederler ya bunların hepsi çökerek bitinceye kadar su köpürmez ancak sertliği veren bütün bu katiyonlar ortadan ayrıldıktan sonra su köpürür. Örneğin, sodyumstearat sabunu (C17H35 COON) ile muamele edilen bir sert sudaki bütün Ca ++katyonları kalsiyum stearatCa(C17H35 COO) 2 halinde çökünceye kadar su köpürmez. Suların sertliği belirli bir hacimde bulunan sertlik yapıcı cisimlerin ya CaO, MgO veya CaCO3 MgCO3 cinsinden mgr. olarak ifade edilir. Bu sertlik dereceleri şu şekilde sınıflanabilir:

Fransız serlik derecesi :
1Frasız serlik derecesi 1 lit.suda 10 mgr. CaCO3 ‘da vaya

1Frasız serlik derecesi 1 lit.suda 8,42 mgr. MğCO3 ‘da
tekabül eder.
B---- Alman serlik derecesi :

1 Alman serlik derecesi 1 lit.suda 10 mgr. CaCO3 ‘da vaya

1 Alman serlik derecesi 1 lit.suda 7,14 mgr. MğO ‘da

tekabül eder.
C-----İngiliz serlik derecesi:
1 İngilizce serlik derecesi 0,7 lit.suda 10 mgr. CaCO3 ‘da vaya
1İngilizce serlik derecesi 1 lit.suda 8,42 mgr. MğCO3 ‘da

tekabül eder.

Örnek 1:
Litresinde 85 mgr.CaO bulunan bir suyun Alman serlik derecesinedir?
Çözümü :
1 Alman serlik derecesi 10 mgr. CaO olursa
x 85 mgr. CaO
X=85/10=8,5’dur.
Örnek 2:
Litresinde 32 mgr.MğO bulunan bir suyun (Alman serliği) mağnezi cin-sinden serliği nedir?
Çüzümü:

1 Alman serliği derecesi 7,14 mgr. MğO olursa
x 32 mgr. MğO ne ol

X=32/7,14=4,46’dir

Serlik çeşitleri

Bir suda üç çeşit serlik vardır. Bunlar:

1—Bütün sertlik,
2—Kalıcı sertlik,
3—Gidici sertlik,

1—Bütün sertlik :Bütün sertliği meydana getiren başlıca katiyon ve aniyonlar şun-lardır:
Ca++ve Mg ++un CO3=, HCO3-, SO4=,Cl- ve NO3- tuzları,
2—Kalıcı sertlik: Kalıcı sertliği meydana getiren iyonlar ise:
Ca++ve Mg ++un CO3=,SO4= Cl- ve NO3- tuzları,
3—Gidici sertlik: Gidici Sertliği meydana getiren tuzlar ise :

Ca++ve Mg ++un HCO3-, tuzlarıdır.
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG][IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]Zira Ca(HCO3)2 veya Mg (HCO3)2 tuzları suyun kaynaması esnasında CaCO3 veya MgCO3 tuzlarını geriye bırakarak H2O ve CO2 halinde uzaklaşırlar.
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif[/IMG] Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2
Örenk 3:
1 litresinde 550mgr CaO ve 325mgr. MgO bulunan bir suyun bütün, gidici ve kalıcı sertliklerini CaO cinsinden hesap ediniz?

Ca=40, Mg =24,32 , O=16


Çözümü: a) 1 Alman serlik derecesi 10 mgr. CaO olursa
X 550 mgr. CaO
X=1x 550 mgr /10 mgr veya Alman Sertlik derecesi yapar.
b) 56 gr.CaO................40,32 gr.Mğ’da tekabül ederse,
...............0,325 ğr.MğO kaç mgr.CaO’de
tekabül eder?

X=56 gr.x0,325gr./40,32gr. Veya
X=0,450 gr, CaO veya 450 mğr.CaO’de tekabül eder.

1 Alman serlik derecesi ..................10 mgr. CaO olursa

X ....................450 mgr.CaO

X=450/10=45 Alman sertliği yapar.

Buna göre
Bütün sertlik 55+45=100 Alman sertliği.
Gidici sertlik :Suda bikarbonat tuzları bulunmadığı için gidici sertlik yoktur.
Kalıcı sertlik : Bütün sertliğe eşittir

Örnek 4 :
Litresinde 0,300gr. CaCl2, 0,500 gr.MgSO4 ve 0,200gr,Ca(HCO3)2 bulunan bir suyun bütün,gidici ve kalıcı sertliği kaç alman sertlik derecesidir?

Ca=40, Mg =24,32 , O=16, H= 1

Çözümü:
Litresinde 0,300gr. CaCl2, 0,500 gr.MgSO4 suyun kalıcı 0,200gr. Ca(HCO3)2 ise suyun gidici sertlikleridir.

a) CaCl2 ‘ın formül ağırlığı 111 gr.dır.

1 Alman serlik derecesi 1 lit.suda 10 mgr. CaO miktarıdır.

56 gr. CaO ..........................111 gr.CaCl2
x ..........................0,30 0 gr. CaCl2


X=0,300gr.x56 gr./111 gr.=0,150 gr. Veya 150 mgr. CaO’de tekabül

Eder.

10 mgr. CaO .....................1 Alaman sertlik decesi olursa,
150 mgr.CaO ...................... X

X=150x1/10=15
15 alman sertlik derecesi eder
b) MgSO4 ‘ın formül ağırlığı 120,32gr. Dır.

56 gr. CaO .....................120,32 gr. MgSO4 tekabül ederse,
x ...................... 0,500 gr. MgSO4

X=0,500 gr.x56 gr./120,32 gr.=0,32 gr.veya 230 mgr.CaO
De tekabül eder.

10 mgr.CaO ........................1 Alman sertlik derecesi olursa,

230 mgr.CaO....................... x

X=230x1/10=23 alman sertlik dercesi eder.

c) Ca(HCO3)2’ın formül ağırlığı162 gr.dır.

gr. CaO .....................162,gr. Ca(HCO3)2 tekabül ederse,
x ...................... 0,200 gr. Ca(HCO3)2

X=0,200gr.x56 gr./162 gr.=0,070 gr. Veya

70 mgr.CaO’de tekabül eder

10 mgr.CaO.... ................. 1 Alman sertlik derecesi
70 mgr.CaO....................... x

X=70x1/10=7 Alman sertlik derecesi eder.

Buna göre
Suyun sertlik bütünü =15+23+7=45 dır.
Suyun kalıcı sertliği =45-7 =38 dır
Suyun gidici sertliği =7 dır.






Su sertliğini belirtme metodu

Çeşitli su sertliği belirtme metodları vardır.Bütün bu metodlardan en hassası tabiatıyla suyu analiz ederek içindeki sertliği meydana getiren cisimlerin miktarını bulup ve bunların miktarlarından tekabül ettikleri sertlik dercelerini hesap etmakle
Yapılanıdır.
Fakat bu metod çok doğru veye kesin bir sonuç verirse de,çok fazla zaman aldığından endüstride kullanılmaz.Bunun yerine daha pratik ve çabuk olan aşağıdaki izahını yapacağımız metodlar kullanılır

Bouton-Boudet Metodu
Bu metod çok hassas olmakla beraber, endütsride çok kullanılan metoddur.
Bu metod’da suyun sertliği gidinceye kadar daha evvelden ayarlanmış bir sabun çözeltisi kullanılır.Bu sabun çözeltisi suya sertlik veren ve köpürmesine mani olanbütün katiyonlar alıp suyun köpürmesini sağlamaktan ibarettir.
Metodda kullanılan alet ve malzeme

1 Hidrotimetri şişesi:Hidrotimetri şişesi üzerinde 1020 3040cc.hacimleri işaretlenmiş, ağzı cam kapaklı adi birşişeden ibarettir.
2 Hidrotimetri büreti:Bu büreti,ayarlı sabun çözeltisi kullanılmak içinkullanılır. Alt tarafa kapalı, üst tarafı V şeklinde çatallanmış bir ufak büretten ibarettir.Bürete sertliği tayin edilecek suya damlatılmak üzere ayarlı sabun eriyiği konulur.Büret üzerinde iki çeşit taksimat vardır. Bu taksimatlardan bir tanesi doğrudan doğruya sertlik derecesini gösterir.Diğeri ise içine konulan sabun çözeltisinin ml.cinsinden miktarı gösterir.
3 Hidrotimetri büretine konan ayarlı sabun eriyiği: 100 gr.sodyum sabununun %56 lık 2500ml. Alkolde eritilmesiyle hazırlanır.Bu alkollü sabun çözeltisi,litresinde 0,59 gr.Ba(NO3)2 tuzu ihtiva eden bir suyun 40 cm3 ünü köpürtmek için 2,4cm3(22 fransız veya 12,8 alman sertliğine eşittir)sarfedilecek şekilde ayarlanır

Ayarlı sabun eriyiği ile belirtmesi

Sertliği belirtecek herhangi bir sudan 40 cm3 kadar hidrotimetri şişesine konduktan sonra, üzerine arasıra damla damla ayarlı sabun eriyiğinden hidrotimetri büreti vasıtasıyla damlatılır ve şişe kapatılarak kuvvetle çalkılanır.Bu ameliyeye hidrotimetri şişesinde bulunan suyun yüzeyinde 5 dakika dayanan bir köpük teşkil edinceye kadar devam edilir.Köpüğün kalınlığı 1cm. olmslıdır.İşlem sonunda hidrotimetri büretin den sarfolunan miktar büret üzerinden okunur.Bulunan değer suda bulunan ve sertlik yapancisimlerin bütününden ileri gelir.Bu sertliğe Bütün
Sertliği veya sertlik bütümü denir .
Aynı nümune suyundan 100 ml.bir balon joje ile ölçülerek alınır ve bir behere aktarılarak takriben2/3miktarı kalıncaya kadar su buharlaştırılır,sonra soğutulur.Elde edilen bu 2/3 miktarındaki su tekrar 100 ml. Lik balon joje’ye aktarılır.Ve eksilen kısım damıtık su ile bolon jojede tekrar 100 ml. Ye tamamlanır
Sonra süzülür .Süzüntüden tekrar 40 cm3 su hidrotimetre şişesine konarak yukarıda belirtildiği şekilde hidrotimetri büretindeki sabun çözeltisi ile sertliği belirtilir.Bulunan sertlik suyun kayna masından sonra kalan sertliktir.Busertliğe Kalıcı sertlik adı verilir.
Bütün sertlik ile kalıcı sertlik arasındaki fark ise Gidici sertliktir.

Potasyum palmitat metodu

Potasyum palmitat (C15H31COOK)sabunun ayarlı bir eriyiği için de Ca++,Mğ++ gibi sertlik yapan maddeleri içeren bir suya damlatılırsa,Ca ve Mğ palmitatlar çökerler :
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image003.gif[/IMG] 2C15H31COOK+Ca++ (C15H31COOK)2 Ca+ 2K

[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif[/IMG] 2C15H31COOK+Mğ++ (C15H31COOK)2 Mğ+2K+

Bunlarını hepsi bu surette çöktükten sonra, damlatılan ilk potasyum palmatit sabun eriyiği suda hidrolize uğrayarak alkali hidroksit haline gecer:

[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image005.gif[/IMG] C15H31COOK+HOH C15H31COOK+HOH
Buda çözelti karışımına damlatılan bir fenolftalein endikatörünün kırmızıya dönüşmesiyle tespit olunur.
Bu suretle belirtilen sertlik suyun sertlik bölümünü veririr.
Suyun gidici sertliği 100 ml’sine 2 damla mentil oranj damlatıldıktan sonra,penpe oluncaya kadar N/10 HCL asidi ile titre edilmek ve safredilen cm3 0,1N sayısını 2,8 ile carpmak suretiyle Alman sertlik cinsinden belirtilir.
Sret sular bilhassa buhar kazanlarına çok fen a tesir ederler.Subuharlaşarak
İçinde bulunan tuzları kazanın dibine veya boruların kenarlarına bırakır.Bileşim itibariyle CaSO4,MğSO4,CaSiO3,(CaO,SiO2)g ibi tuzlardan ibaret olan bu maddelerin miktarı çabuk artar ve su ile kazanın taban ve çeperi arsında bir tabaka haline gelir.Bu maddelere kazan taşı adı verilir.Bu azan taşı fazla yakıt kaybına sebep olur.Kazanın dibinde birikmiş olan kazan taşı fazla ısıtıldığında, hacmi küçülür.ve kütlesinin çatlamasına sebep olur.Acılan bu çatlaklardan giren basınç altındaki kazan suyu çok sıcak olan demir ile temas eder etmez,ani olarak buharlaşır ve dolayısıyla büyük bir ilave basınç meydana getirerek kazanın patlamasına sebep olur.Bu sebepten,teknikte kullanılan sert suların yumuşatıldıktan sonra kullanılmaları icap eder.

Su arıtma (yumuşatma) metodları :
Teknikte sular üç meetodla arıtırlar.Bunlar :
1-- Sertliği giderilerek
2-- Su içindeki tuzların bütününü giderek
3—Fiziksel olarak.

Sertliği giderme metodu
a)Kaynatılarak sertliği giderme.
b)Kimyasal metodları sertliği giderme.

Kaynatılarak sertliği giderme : Az veya çok tuzu olan suları bileşimleri, basınc altında kaynatılmaları sırasında 100° C ın üstünde esaslı bazı - değişikliğe uğrarlar.Bu değişiklikleri şu şe-kilde sıralaya biliriz.

1—Bikarbonatlar bozuşarak kabonat haline gecerler :
Ca(HCO3)2® CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 ® MgCO3 + H2O + CO2 daha sonra:

suda güç çözünen MgCO3 hidrolize uğrayarak Mg(OH)2 haline döner :
MgCO3 + H2O ® Mg(OH)2 + CO2
2—Çözünmüş haldeki sodyum silikat, mağnezyum,kalsiyum ve demir tuzlarına etkir.:

Na2 SiO3 + CaSO4 ® Na2 SO4 + CaSiO3
Na2 SiO3 + MgSO4 ® Na2 SO4 + MgSiO3
Na2 SiO3 + FeSO4 ® Na2 SO4 + FeSiO3
3-- Bikarbonatlardan hasıl olan karbonatlar, sodyum sülfat’a etkirler.
CaCO3 + Na2SO4 ® CaSO4+NaCO3
MgCO3+Na2SO4 ® CaSO4 + Na2SO3
MgCO3 +Na2SO4 ®MgSO4 + Na2SO3
4—Bütün bu olaylarda başka magnezyum ve demir tuzlarıda su karşısın da sıcakta bozuşurlar :
MgCl2+2H2O ® Mg(OH)2 +2HCl
FeCl2 +2H2O ® Mg(OH)2 +2HCl
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/MEHMET/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gif[/IMG]Fe + H2O ® FeO+H2
FE (OH)2 + MgCl2 ® FeCl2+ Mg(OH)2
Bu çeştli o lay ürünleri, suyun kaynatıldığı kaba fena tesir edeceği gibi, suda çözünür hale gecen bileşiklerde çökelek halde kazanın dibine toplanır . Bilhassa Ca(HCO3)2 ve Mg(HCO3, sıcaklık bozuşarak sudan ayrılırlar. Eğer bunların miktarı çoksa, suyun sertlik derecesi düşer Böylece bu tuzlar kaynatılarak sudan ayrılıp dibe çöktürülmüş olurlar . Bütün sertliği bikarbonat (HOC3-)sertliğinden ibaret olan suları kaynatmak suretiyle birkaç sertlik derecesine kadar düşürmek mümkündür.Aksi halde, kimyasal medotlarla sertlik giderilmesine başvururlar.

b)Kimyasal metodları sertliği giderme :Bu metod ikiye ayrılır
çöktürme ve baz değiştirme.
1—Çöktürme :
suda bulunan ve sertlik yapan toprak alkali metallerinin başlıcaları şunlardır Ca, Mg ve benzerlerinin tuzları kimyasal ayraclar katılarak çöktürürler . Çöktürmeye yarayan bu kimyasal ayraç eriyiklerinden başlıcaları şunlardır .
sodyum hidroksit, NaOH ; sodyum karbonat, Na2 CO3 ; kalsiyum hidroksit Ca(OH)1 ; sodyum orto f osfat Na3PO4 ve baryum a luminat Ba(AlO2)2’ tir.
Buu ayraçlardan en fazla kullanılanlar :
NaOH ; Na2CO3 ve Ca(OH)2 ‘tır.
Bu maddelerden bazik fonksiyonlu olan NaOH ve Ca (OH)2 suya gidici sertlik yapan bikarbonatları çöktürmek : NazCO3 ise suya kalıcı sertlik yapan Mg ve Ca tuzlarını çöktürmek için kulllanılır.
2--- Baz değiştirme metodu :
Tabii olarak bulunan veya sun’i olarak hazırlanan alkali reaksiyonlu bazı hidrate alüminyum silikatlar (Al2O3 , xSiO2
YH2O) ve organik yapılı bazi suni maddeler, toprak alkali ve ağır metal tuzlarının sudaki eriyikleri ile muamele edilirse, bu
Tuzların metallerini, kendi yapılarındaki alkali metal veya hidrojen atomu ile değiştirirler ve böylece suyun sertliği ya tamamiyle veya kısmen giderilmiş olur. Bu maddelere zeolitse l madde adı verilir. Bu zeolitsel maddeler bünyeleri bakımından iki kısma ayrılır.
|. Anorganik yapılı olan zeolitsel maddeler.
||-Organik yapılı olan zeolitsel maddeler.

|. Anorganik yapılı olan zeolitsel maddeler : Alüminyum silikat ( Al2O3 , xSiO2) ve alkali silikat (Na2 SiO3) karuşmından ibaret olan bu cisimler tabii olarak bulunabilirler . Tabii olarak bulunan bu cisimlere << Tabii Zeolit >> adı verilir .Kimyasal bileşimleri kesin olmayan bu cisimlerin genel formülleri şu şekilde :
Na2O.Al 2O3.SiO3.yH2O
Bu cisimler suniolarak sodyum karbonat (Na2CO4) silis ve kaolen karışımının ergitilmesi ve ve birden bire soğutulması suretiyle de yapılabilirler. Burada Na2CO yanınca Na2O’de dönüşür genel formül olarak dönüşür.
Na2O.Al2O3.(SiO2)x(H2O)y olur burada
X=5 ila13
Y= kesin bir sayı verilemez.
Aşağıdaki formül, bu bileşiğin daha basitleştirilmiş hali :
Na AlSiO4 + CaSO4® Ca(AlSiO4)2 +Na2SO4

Buradaki reaksiyon kuvvetli alkalidir. Meydana getirilen bu karışım fazla sert sularla muamele edilirse, sudaki tuzların Ca ve Mg iyonları yerine kendi yapısındaki alkali iyonlarını (Na+)
Vererek suyu yumuşatır ve suyun Ca ve Mg kendi bünyesine alır.


||-Organik yapılı olan zeolitsel maddeler. Organik yapılı bazı bileşiklerde aynen anorganik zeolitse l maddeler gibi su sertliğini giderirler. Bünyelerinde zaptettikleri metal iyonu yerine, suda sadece H+ iyonu verdiklerinden, suda metal bırakmazlar . Bundan dolayı bu metodla su arıtılmasına suyun metalsizleştirilmesi veya suyun minarelsızleştirilmesi <>adı verilir.

II- Su içindeki tuzların bütününü giderme metodu
Bu normal veya düşük basınçta damıtma yolu ile suarıtma metodudur. Bu damıtmadan maksat, tuzundan ayrılması istenen suyu buharlaştırmak ve tuzundan ayrılan su buharını soğutarak tekrar sıvı şekle sokmaktır. Bu yol ile elde edilen suya <>,<>adları verilir.