1.2: Çözeltiler ve Konsantrasyonlar

1. 100 mL 0.0100 M sükroz çözeltisinin hazırlanması

1. 100 mL çözelti içinde çözülecek mol sayısını ve sakaroz kütlesini (C₁₂H₂₂O₁₁) belirleyin.
   
2. Terazide sakaroz kütlesini tartın. Önce teraziye bir tartı botu yerleştirin ve "dara ağırlığını" ayarlayın. Daha sonra bir kepçe kullanarak, istenen miktar elde edilene kadar katı çözünen maddeyi reaktif şişesinden tartım teknesine dikkatlice aktarın.
3. Temiz ve kuru 100 mL hacimsel bir şişeye bir toz hunisi yerleştirin. Tartı teknesindeki katıyı huniden şişeye dökün.
4. Damıtılmış su (çözücü) içeren bir yıkama şişesi kullanarak, tartım teknesinde kalan katı maddeleri huni boyunca şişeye durulayın.
5. Damıtılmış su musluğunu kullanarak, sıvı seviyesi şişenin boynuna ulaşana kadar (ancak işarete değil) çözücü ekleyin. Çözünen maddeyi çözmek için şişeyi hafifçe kapatın ve döndürün.
6. Çözünen maddenin tamamı çözüldükten sonra, sıvı seviyesi işarete ulaşana kadar dikkatlice çözücü eklemek için bir yıkama şişesi kullanın.
7. Çözeltinin iyi bir şekilde karışmasını sağlamak için hacimsel şişeyi birkaç kez kapatın ve ters çevirin.

2. Aşırı Doymuş Sükroz Çözeltisi Yapmak

1. 600 mL'lik bir behere 100 mL damıtılmış su ekleyin.
2. Behere 220 g sükroz ekleyin.
3. Behere manyetik bir karıştırma çubuğu yerleştirin ve karışımın 15 dakika karışmasına izin verin.
4. Karışımı inceleyin: sükrozun tamamı çözülmemiştir. Karışımı 50 ºC'ye ısıtın ve 10 dakika daha karıştırın.
5. Karışımı inceleyin: sakarozun tamamı 50 ºC'de çözünmüştür.
6. Çözeltinin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Çözeltiyi inceleyin: 50 ºC'de çözünen ilave sükroz, oda sıcaklığında çözünmüş halde kalır. Oda sıcaklığındaki çözelti aşırı doymuştur.

Çözeltiler kimyada her yerde bulunur. Küçük miktarlarda malzemeyi depolamak ve işlemek, kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek ve kontrol edilebilir özelliklere sahip malzemeler geliştirmek için kullanılırlar. Çözelti, çözünen madde adı verilen küçük miktarlarda bazı bileşenleri ve çözücü adı verilen büyük miktarda bir bileşeni içeren homojen bir karışımdır. Bir çözeltinin toplam miktarına göre çözünen madde miktarı "konsantrasyonu" olarak bilinir. Göz önünde bulundurulan çözelti bileşenlerinin kütlesi, hacmi veya mol cinsinden miktarı olup olmadığına bağlı olarak, bu ölçüm, deneyin ihtiyaçlarına göre birkaç farklı şekilde ifade edilebilir. Bu videoda, önce bir çözeltinin konsantrasyonunu ölçmek için farklı birim türlerini gözden geçireceğiz. Daha sonra bir sakaroz çözeltisi yapmak için bir protokolden geçeceğiz. Son olarak, konsantrasyon ölçümünün çeşitli kimyasal uygulamalarda nasıl kullanıldığına bakacağız.

Bir çözeltinin konsantrasyonu, her biri belirli uygulamalar için diğerlerinden daha uygun olabilen bir dizi farklı birimle ifade edilebilir. En yaygın olarak kullanılan birimlerden biri, çözelti hacmi başına çözünen madde miktarı olan molaritedir; Bir molar, litre çözelti başına bir mol çözünen maddeye eşdeğerdir. Sıvıların hacimlerini ölçmenin basitliği nedeniyle, molarite, çözeltideki reaksiyonların stokiyometrik hesaplamaları için en uygun birimlerden biridir. Stokiyometri, bir reaksiyonda yer alan moleküllerin sayısına dayanır. Bu nedenle, molariteyi bilmek, gerekli reaktiflerin hesaplanmasını basitleştirir.

Konsantrasyon, çözücünün kütlesi başına çözünen madde miktarı olarak ifade edildiğinde, ölçüme molalite denir. Malzemelerin hacmi sıcaklıkla birlikte değişir, bu nedenle sıcaklık farklılıklarını içeren kolligatif özellikler olarak bilinen çözeltilerin fiziksel özelliklerini incelerken konsantrasyonun molalite ile ölçülmesi avantajlıdır. Mol fraksiyonu, başka bir yaygın konsantrasyon birimidir ve tüm çözelti bileşenlerinin toplam mol sayısı başına çözünen maddenin mol sayısı ile verilir. çözünen maddeler ve çözücü. Mol fraksiyonları, örneğin çözeltilerin "buhar basıncını" araştırırken kullanışlıdır. Bu, mol fraksiyonu kısmi basınçların toplam basınca oranına eşit olduğundan, çözünen ve çözücü parçacıkların sıvı bir çözeltiden gaz fazına ne ölçüde "kaçtığını" yansıtır. Artık bir çözeltinin konsantrasyonunun nasıl ölçülebileceği hakkında bir fikriniz olduğuna göre, belirli bir molar konsantrasyona sahip bir çözelti yapmak için bir protokol gözden geçirelim.

İhtiyaç duyulan sakaroz kütlesini hesaplayarak, önce sakarozun mol sayısına ulaşmak için çözeltinin istenen hacmini ve konsantrasyonunu kullanarak ve ardından kütleye dönüştürmek için moleküler kütleyi kullanarak başlayın. Bu örnekte, 100 mL 0.01 M sükroz çözeltisi yapılmaktadır, bu nedenle 0.342 g gerekecektir. Gerekli sakaroz kütlesini tartmak için önce teraziye temiz, boş bir tartı botu yerleştirin. "Dara ağırlığını" ayarlayın, bu da boş tartı teknesinin ağırlığını sıfır olarak ayarlamak anlamına gelir. Daha sonra, bir kepçe kullanarak, sükroz tozunu reaktif şişesinden istenen miktar elde edilene kadar tartı teknesine aktarın. Temiz, kuru 100 mL'lik hacimsel bir şişeye bir toz hunisi yerleştirin. Sükrozu huniden dikkatlice dökün. Çözücü içeren bir yıkama şişesi, bu durumda damıtılmış su kullanarak, tartım teknesinde kalan katı maddeleri şişeye durulayın.

Daha fazla damıtılmış su ekleyin, ancak kalibrasyon işaretine ulaşmadan önce durun. Katıyı çözmek için hafifçe kapatın ve döndürün. Katının tamamen çözünmesi zor olabileceğinden, bu noktada şişeyi tamamen doldurmamak önemlidir.

Tüm sükroz çözüldükten sonra, menisküsün tabanı hacimsel derecelendirmeye ulaşana kadar bir yıkama şişesi kullanarak çözücüyü dikkatlice ekleyin. Şişeyi tekrar kapatın ve tam çözünme ve karıştırmayı sağlamak için birkaç kez ters çevirin.

Aşırı doymuş bir çözelti, çözücünün sıcaklığı veya diğer fiziksel özellikleri göz önüne alındığında, beklenenden daha fazla çözünen maddenin çözündüğü bir çözeltidir. Çözünen madde, çözücü ve soğutma hızına bağlı olarak derecelendirilir. Aşırı doygunluk, önce çözünen maddenin çözünürlüğün yüksek olduğu bir durumda çözülmesi ve ardından çözeltinin durumunun hızla değiştirilmesiyle elde edilir. Örneğin, sıcaklığını veya hacmini azaltmak ? çözünen parçacıkların çözeltiden çıkabileceğinden daha hızlı bir şekilde. Bu noktada, yeni koşullar altında, çözünen maddenin doğrudan bu koşullar altında çözülmesiyle mümkün olandan daha fazla çözünen madde çözelti içinde kalacaktır. Aşırı doymuş bir sükroz çözeltisi oluşturmak için önce 100 mL suyu bir behere koyun. Manyetik bir karıştırma çubuğu ekleyin, ardından sıcak bir plaka üzerinde karıştırın. Karıştırma suyuna 220 g sükroz ekleyin ve sakaroz karışımının 15 dakika karışmasına izin verin. 15 dakika sonra, sükrozun tamamının çözülmediğini gözlemleyin. Bu noktada, karışımı 50 ° C'ye ısıtın Karışımı 10 dakika daha karıştırmaya devam edin.

Çözeltiyi tekrar inceleyin. Sükrozun tamamı 50 ° C'de çözülmüş olmalıydı. C?su. Şimdi, çözeltiyi yavaşça oda sıcaklığına soğumaya bırakın ve karıştırma çubuğunu çıkarın. Sükrozun hala çözünmüş halde kaldığını gözlemleyin. Oda sıcaklığındaki çözelti artık aşırı doymuştur. Bu çözeltiye az miktarda ilave sükroz tozu eklenmesi bile tüm çözünmüş sakarozun hızlı bir şekilde yeniden kristalleşmesini tetikleyebilir.

Artık belirli konsantrasyonlarda çözeltilerin nasıl hazırlanacağını gördüğünüze göre, konseptin çeşitli uygulamalar için nasıl önemli bir husus olabileceğine dair birkaç örneğe bakalım.

Reaktiflerin, çözücü bileşenlerinin ve bir kimyasal reaksiyonun diğer bileşenlerinin konsantrasyonu genellikle reaksiyonun ürünlerinin oranı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Daha yüksek reaktan konsantrasyonları, moleküllerin birbirleriyle karşılaşma ve reaksiyona girme olasılığını artırır, böylece potansiyel olarak reaksiyon hızını arttırır. Aynı zamanda, çözelti içindeki yüklü tuz iyonlarının artan konsantrasyonları, hidrofobik veya "su itici" moleküllerin toplanmasını da destekleyebilir.

Buradaki araştırmacılar, reaksiyon çözücüsünde değişen konsantrasyonlarda tuz varlığında karmaşık bir molekülün uzun polimerlere kendi kendine montajını incelediler. Daha yüksek tuz konsantrasyonlarında, moleküllerin polimerlere montajının daha kolay gerçekleştiğini buldular.

Konsantrasyon ayrıca kristalleşme gibi fiziksel işlemlerin hızını da etkiler. Biyologlar genellikle proteinler gibi molekülleri kristalleştirirler, burada bir kristal kafes içinde düzgün bir şekilde düzenlenirler, böylece yapıları, X-ışınının bu kristaller boyunca nasıl kırıldığını inceleyerek çıkarılabilir. Proteinleri kristalleştirmek için, protein çözeltileri, farklı konsantrasyonlarda ve pH'da, genellikle bir tür tuz olan bir "çökeltici" ile karıştırılır. Bu karışımın bir damlası daha sonra daha konsantre çökeltici çözelti rezervuarı ile kapalı bir odaya yerleştirilir. Damlacık ve rezervuar arasındaki çökeltici konsantrasyonu dengelemek için protein çözeltisi damlacığından su buharlaştıkça, protein giderek aşırı doygun hale gelir ve sonunda çözeltiden kristalleşir. Daha fazla bilgi için, büyüyen kristaller hakkındaki videomuza bakın.

Son olarak, çevredeki toksin seviyelerini değerlendirmek için konsantrasyonun anlaşılması önemlidir. Bu örnekte, bilim adamları, toksinin belirli bir proteini ne ölçüde parçaladığını tespit ederek, gıda veya su örneklerinde potansiyel olarak ölümcül bakteriyel toksin botulinum miktarını tespit etmek için bir test geliştirdiler. Testi gerçekleştirmek için, önce toksinin bilinen farklı konsantrasyonlarının aktivite seviyesi ölçülerek bir "standart eğri" oluşturulur. Bilinmeyen numunelerden izole edilen toksin daha sonra teste tabi tutulabilir ve konsantrasyon, aktivitesi standart eğri ile karşılaştırılarak enterpolasyonlu hale getirilebilir.

Az önce JoVE'nin çözüm üretme tanıtımını izlediniz. Artık konsantrasyonu ifade etmek için farklı birimlerin ne zaman kullanılacağını, belirli bir konsantrasyonla bir çözelti yapmak için bir gösterim ve son olarak konunun önemini gösteren birkaç uygulamayı anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!