28 Kasım 2012 Çarşamba

Saf Bir Maddenin Viskozitesinin Belirlenmesi ve Viskoziteyi Etkileyen Faktörler


Viskozite nedir ?


  Bir akışkanın (sıvı veya gaz) viskozitesi, o akışkan üzerine uygulanan kaydırma kuvvetinin karşılaştığı sürtünme direncinin bir ölçüsüdür. 
  Süper akışkanlar hariç tüm gerçek akışkanlar yüzey gerilimine karşı direnç gösterirler.
Bir akışkan bir yüzey üzerinden geçerek aktığı zaman, yüzeye hemen komşu olan akış tabakası durgun haldedir; yüzeyden itibaren birbirini izleyen tabakaların hızları giderek artar, yani yüzeye yakın tabakaların hızları düşük, yüzeyden uzak olan tabakaların hızları ise daha yüksektir.   Newton’un viskoz akış (diğer adıyla laminer veya tabakalı akış) kanununa göre sıvı içerisindeki iki komşu tabakanın birbirlerine göre hareketine direnç gösteren F sürtünme kuvveti, A alanı 
v/dx hız gradienti ile orantılıdır.
                                                           




Biribirlerine göre 1 cm uzaklıkta bulunana birim alanda iki paralele sıvı düzlemin
arasındaki hız farkını birim olarak tutmak için gereken kuvvete viskozite katsayısı
denir ve h ile gösterilir.

Yüzey GerilimiYüzey gerilimifizikokimyada bir sıvının yüzey katmanının esnek bir tabakaya benzer özellikler göstermesinden kaynaklanan etkiye verilen addır. 
Bu etki bazı böceklerin su üzerinde yürümesine olanak verir. Bir gazla bir sıvının ya da birbirleriyle karışmayan iki sıvının temas yüzeyleri gerilmiş esnek bir zara benzer. Bu gerilim likidin serbest yüzüne ait ise buna yüzey gerilimi; iki sıvının sınır yüzeyine ait ise arayüzey gerilimi (yüzeylerarası gerilim) adını alır.
Bilimsel tanımla; sıvı yüzeyinde birim uzunluğu gergin tutan kuvvete yüzey gerilimi denir. Birimi dyne/cm'dir. Dar tüplerde gözlenen sıvı yükselme ve alçalması olan kapilarite olayının nedeni de yüzey gerilimidir.

Orantı katsayısı h , “viskozite katsayısı” veya basitçe viskozite olarak bilinir.

SI birim sisteminde viskozitenin birimi pascal saniyedir. (Pa.s) Pa.s(pascal.saniye) birimi ;kg m-1s-1 yani (kütle)-1(zaman)-1 veya N s m-2 ile eşdeğerdir. CGS birim sistemindeki viskozite birimi poise (g cm-1 s-1)dir. 1 poise(puvaz)=0,1 Pa.s veya 1cP(santipuvaz)=1mPa s(mili Pa s)dır.


-Viskozite katsayısı azaldıkça viskozite artar, akı kanlık azalır.
-Viskozite katsayısı arttıkça viskozite azalır, akı kanlık artar.
-Çok yüksek hızlı olmayan akı lara laminar akı denir. Newton yasasına uyar.
-Çok hızlı olan akı lara türbilant akı denir ve Newton yasasına uymaz.


 Yukarıdaki eşitliğin uygulandığı akış, laminer(tabakalı) veya Newton akış veya diğer bir ifade ile viskoz akış adıyla bilinir. Bu akış şeklinde, moleküler hızların net bileşeni sıvının akış yönünde olup, akan sıvı tabakalarının birbirini kesmediği düşünülür. 
 Sıvının akış hızının çok büyük olmadığı durumlarda laminer akış şekli gözlenir. Hızlı akma durumlarında tabakalı akış kaybolup türbülanslı akış(diğer adıyla girdaplı akış ) şekli ortaya çıkar. Bu akışta akan sıvı tabakaları birbirini keser ve bu durumda Eşitlik 1 artık uygulanmaz. Bu akış tipleri 1883 de ilk defa Osborne Reynolds tarafından yapılan bir deneyle ortaya konmuştur. Reynolds’un deneyinde cam bir boru içi içi su dolu bir depoya bağlanmış olup, boru içindeki suyun akma hızı arzu edilen değere ayarlanabilmektedir.
 Borunun giriş ucuna bir nozul (emzik) konularak boru içerisinde renklendirilmiş su verilebilmektedir.  Reynolds yapmış olduğu deneyler sonucunda, suyun akma hızı az olduğunda renkli suya ait akım iplikçiğinin bütün boru boyunca devam ettiğini görmüştür.




Sıvıların akış  hızlarını belirlemek amacıyla birkaç farklı deneysel yöntem 
bulunmaktadır. Bu yöntemler aşağıda sıralanmıştır: 

1. Düşen küre yöntemi  
2. Kapiler akış yöntemi 
3. Döner silindir yöntemi




Sıvının Viskozitesi Üzerine Sıcaklık ve Basınç Etkisi

Çoğu sıvıların viskozitesi, artan sıcaklıkla azalır. Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler. Bu olay akışa izin verir, fakat bir molekülün bir boşluğa taşınması bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyduğundan enerji gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi daha kolay temin edileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay akar. 

 Diğer yandan artan basınçla bir sıvının viskozitesi artar, çünkü basıncın arttırılması sıvı içerisindeki boşluk sayısını azaltır ve bunun sonucu moleküllerin hareketi zorlaşır.

Sıvıların viskoziteleri basınçtan pek etkilenmemesine rağmen, genellikle 
 sıcaklığın kuvvetli bir fonksiyonudur.


Viskozite Sıcaklıkla Nasıl Değişir ?
Sıvıların viskozitesi sıcaklıkla artar. Sıvılarda viskozite katsayısı h ‘nın sıcaklıkla
değişimi şu bağıntı ile verilir. 

h = A.e^E/RT



Viskozite Ölçülmesi
1.) Yarıçapı bilinen kılcal borudan akış  hızı ölçülerek viskozite bulunabilir.
Bu sisteme örnek Oswald viskozimetresidir.



2. ) Akışkan içinden katı küresel bir cismin düşüş hızı ölçülerek bulunabilir. Burada
Stokes yasası geçerlidir. Bu sisteme örnek Höppler viskozimetresidir.

      R = 6 π .μ.  r . v     




Viskozite Ölçülmesinde Kullanılan Test Metotları

-Cam Viskozimetre = Kinematik Viskozite (mm^2 / s )
-Bilyalı Viskozimetre = Dinamatik Viskozite (mPas)
-Dönen Viskozimetre = Dinamatik Viskozite (mPas)





Gazların Viskozitesi

Bir akışkan içerisinde, farklı hızlarla hareket eden iki paralel plaka arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı viskozitenin ortaya çıktığını gördük. Gazlara ait viskozite teorisi sıvılarınkinden çok farklıdır. 

 Gazlarda iki paralel plaka arasındaki sürtünme kuvvetinin doğması, moleküllerin bir plakadan diğerine geçmesinin bir sonucudur. Gazların viskozite modeli anlayabilmek için faydalı bir benzetme olarak ; Δv kadar farklı hızlarla paralel hatlar üzerinde aynı yönde hareket eden iki treni göz önüne alabiliriz. Yolcuların bir trenden diğerine atlayarak eğlenen garip kişiler olduklarını düşünelim. Hızlı giden trenden yavaş giden trene atlayan bir yolcu, yavaş giden bir trene mΔv kadar bir momentum aktarır ve bunun sonucu onun hızını arttırıcı bir etki yapar. Bu olayın aksi olursa, yani yavaş seyreden trenden hızlı seyreden trene bir yolcu atladığında mΔv kadar bir momentumu hύzlıdan alır ve onun hızını yavaşlatıcı bir etki yapar. 
 Sonuç olarak, trenlerin hızları eşitlenmeye doğru gider ve net etki trenler arasında, sanki bir sürtünme varmış gibi kendini gösterir. İşte aynı durum akmakta olan gaz katmanları (veya düzlemleri) arasında söz konusudur. 

Gazın yoğunluğu ve basıncı gazın viskozitesine etki etmez. Bu durum ilk bakışta şaşırtıcı gibi gözükmekte ise de açıklanması zor değildir. Daha yüksek yoğunluklarda, bir tabakadan komşu tabakaya daha çok molekül atlar, fakat ortalama serbest yol daha kısa olduğundan her bir atlama daha az momentum aktarımına yol açar. Böylece iki etki birbirini yok eder.

Çözeltilerin Viskozitesi
Temel prensiplere dayalı olarak çözeltilerin viskozitelerinin iyi bir şekilde irdelenmesi zor bir iştir. Bundan dolayı çözeltilerin viskoziteleri daha ziyade deneysel olarak incelenmektedir. Özellikle, polimer moleküllerinin çözeltilerinin viskoziteleri incelenerek polimer moleküllerinin büyüklüğü ve şekli hakkında bilgiler elde edilir. Su gibi bir sıvıya bir çözünen eklendiği zaman, genellikle viskozite artar.











25 Kasım 2012 Pazar

The Factors Affecting of Solubility


The Factors Affecting of Solubility: Solubility is a certain amount of dissolution of the soluble substance with a specific solvent in certain conditions .They are create the solution together.


Solubility constant is relatively low resolution of the ionic saturated solutions of the compounds used to for describe.
Salts of the resolution is for the constant, the maximum amount soluble in aqueous solutions. Resolution constant is a special case of the equilibrium constant. Describes the balance between dissolved and undissolved salt.

For a substance is dissolved in another substance of these compounds in the free energy of the system, the total free energy of the initial substances should be small.
No matter how great the change in free energy than the more soluble in each other.
Substance is for dissolved in another substance of these compounds in the free energy of the system's the total free energy of the initial substances should be small.



According to the Type of Solvent and Solute Substance : If Between of solvent and solute at the molecular structure similarity is the higher,the resolution is the higher too.Each substance is insoluble in each substance. Inorganic compounds are soluble inorganic compounds, organic solvents are soluble soluble in organic solvents.
Polar compounds are soluble in polar solvents, non-polar compounds are soluble dissolve in non-polar solvents
For example, naphthalene is insoluble in water but soluble in benzene. Similarly like dissolves.

Pressure: The pressure is not a big effect on solubility of solids and liquids.

Temperature: The temperature of solids and liquids, mostly with the resolution increases, the solubility of gases decreases with increasing temperature.

Common Ion Effect and Solubility : Ionic precipitate's one of the ions when the solid matter is added to a saturated solution of the solid matter's in the observed reduction in resolution.

24 Kasım 2012 Cumartesi

Bir Maddenin İki Çözücü Arasında Dağılımı / Çözünürlük İlkesi / Nernst Dağılım Kanunu

ÇÖZÜNÜRLÜK ve ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER


  Çözünürlük, belli bir miktar çözünenin, belirli şartlar altında, spesifik bir çözücü içinde çözünmesini tanımlar. Çözücü akışkan (ki genellikle aşırı miktarda bulunur) solvent olarak adlandırılır ve birlikte çözeltiyi oluştururlar. Çözümlendirme işlemi solvasyon (çözücü su ise hidrasyon) olarak adlandırılır.

   Çözünürlük sabiti, nisbeten düşük çözünürülükteki iyonik bileşiklerin doymuş çözeltilerini tanımlamada kullanılır.  Tuzlar için çözünürlük sabiti, sulu çözeltilerdeki çözünebilir maksimum miktarıdır. Çözünürlük sabiti, denge sabitinin özel bir halidir. Çözünmüş ve çözünmemiş tuz arasındaki dengeyi tanımlar. Çözünürlük sabitinin bilinmesi aynı zamanda çöktürme (çözünme reaksiyonunun tersi) işlemlerinde de çok faydalıdır. Sıcaklık, diğer denge sabitlerinin olduğu gibi çözünürlük sabitinin de nümerik değerini etkiler.
   Bir maddenin başka bir madde içerisinde çözünebilmesi için bu maddelerin oluşturdugu sistemin serbest enerjisinin,başlangıçtaki maddelerin toplam serbest enerjilerinden küçük olması gerekir.
   Serbest enerji değişimi ne kadar büyük olursa maddeler birbirleri içerisinde o oranda fazla çözünürler.


Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler:

Çözücünün ve çözünenin cinsine göreÇözücü ve çözünen arasındaki molekül yapısı benzerliği ne kadar fazla ise çözünürlük o kadar fazladır. Her madde her maddede çözünmez. Organik bileşikler organik çözücüde inorganik bileşikler inorganik çözücüde çözünürler. Polar bileşikler polar çözücülerde, apolar bileşikler apolar çözücülerde çözünürler. Örneğin naftalin suda çözünmez fakat benzende çözünür. Benzer benzeri çözer.

Basınç: Katı ve sıvıların çözünürlüğüne basıncın pek etkisi yoktur. Gazların çözünürlüğü ise basınçla doğru orantılıdır.

Sıcaklık: Katıların ve sıvıların çözünürlüğü sıcaklıkla çoğunlukla artarken, gazların çözünürlüğü sıcaklık artışıyla azalır.

Ortak İyon Etkisi ve Çözünürlük: Ortak İyon Etkisi, bir iyonik çökeleğin iyonlarından biri, katının doygun çözeltisine ilave edildiğinde, katının çözünürlüğünde gözlenen azalmadır.
Buna örnek olarak  AgCl 'ün doygun çözeltisine eklenen  AgNO3 ve  NaCl  gibi maddelerin iyonları gösterilebilir. Bu iyonlar ortak iyon adını alırlar ve ortak
iyon etkisi'ne yol açarlar




NERNST DAĞILIM KANUNU

TEORİK TANIM:  Birbirleriyle karışmayan iki çözücü içinde , çözünen bir maddenin belli bir sıcaklıkta çöznürlüğe bağlı olarak bu iki fazdaki dağılımı,yani konsantrasyonları oranı sabittir.
Bir maddenin bir çözücüdeki serbest enerji büyüklüğü için termodinamik olarak;

             F=F'+2.303RT log a

ifadesi verilebilir ki burada F;a aktifliğine sahip çözünen maddenin serbest enerji büyüklüğü,F' ise aktifliği 1 molal olan çözünen maddenin molal serbest enerji büyüklüğüdür.
  Madde çözücüde çözündükçe onun serbest enerji büyüklüğü çözünen maddenin saf haldeki serbest enerji büyüklüğüne eşit olana kadar çözücüde madde çözünebilir demektir.

 Bir madde farklı ve birbirine karışmayan çözücülerde çözünür ve bu iki farklı çözücüyü A ve B çözücüleri olarak adlandırırsak; bu maddenin bu çözücülerdeki aktiflikleri sırasıyla a(A),b(B),molal serbest enerji büyüklükleri F'(A) ve F'(B),serbest enerji büyüklükleri olmak üzere;

             F(A)=F'(A)+2.303RT log a
           
             F(B)=F'(B)+2.303RT log a


             ifadeleri verilebilir.Bu maddenin belli miktarını çözmüş olan A ve B maddelerinin belli miktarı birbiriyle temasa getirilicek olursa; madde serbest enerjisinin büyük oldugu taraftan daha küçük oldugu tarafa dogru akar ve bu akma iki fazdaki serbest enerji büyüklükleri eşit olana kadar sürer. [ F(A)=F(B) ]

  Böylece;    log a(B) / a(A) = F'(A)-F'(B) / 2.303RT   ifadesi elde edilebilirki belli bir sıcaklık için K sabit

                   a(B) / a(A) =K   şeklinde düzenlenebilir. Bu eşirlik Nernst dağılım kanunu ifadesidir.

NERNST DAĞILIM KANUNU EKSTRAKSİYON YÖNTEMİNİN ANA PRENSİBİNİ OLUŞTURUR VE BU KANUN ESAS ALINMIŞTIR.


EKSTRAKSİYON 

Ekstraksiyon, çözeltilerden, katı karışımlardan bir maddeyi ayırmak ve çözünen, istenmeyen safsızlıkları karışımlardan uzaklaştırmak için yapılan bir işlemdir. Kelime anlamı, çekip çıkarma, çekip almadır. Dört şekli vardır:
1 .Çözeltilerden yapılan ekstraksiyonlar (Nernst dağılım kanunu)
2.Kimyasal etkileşmeye dayanan ekstraksiyonlar
3.Sürekli çekmeye dayanan sıvı-sıvı ekstraksiyonları
4.Katılardan yapılan ekstraksiyonlar


  1. Çözeltilerden Yapılan Ekstraksiyonlar:( NERNST DAĞILIM KANUNUN PRENSİBİ ile Uygulanan Ekstraksiyon)

  Birbiriyle karışmayan iki sıvının çalkalanarak bir sıvıda bulunan maddelerin diğer sıvıya geçirilmesiyle yapılan ekstraksiyon işlemidir.
Çözeltilerden yapılan ekstraksiyonların esası Nerst'in dağılma kanununa dayanır. Buna göre, bir madde birbiriyle karışmayan iki sıvının bulunduğu ortama konup çalkalandıktan sonra dengeye gelmesi beklendiğinde, maddenin iki çözücü arasındaki dağılma oranının sabit bir değer olduğu bulunmuştur.
Örneğin bir tüpe eter, su ve her ikisinde de çözünen bir madde konulduğunda, belli bir süre sonra bu iki maddenin, her iki çözücüde de çözünen miktarlarının oranı sabittir. Bu sabiteye K dağılma sabitesi denir.

K=Cüst / Calt               Cüst: Organik faz derişimi, Calt: Sulu faz derişimi

Nerst'in dağılma kanunu bir limit değeri bildirir. Ancak çok seyreltik çözeltilerde bu değer geçerli olabilir. Ortamda disosiyasyon, assosiyasyon, kompleksleşme gibi durumlar varsa aradaki orantı bu kadar basit değildir, daha detaylı incelemek gerekir.


    2. Kimyasal Etkileşmeye Dayanan Ekstraksiyonlar 

  Bu tür ekstraksiyonda ayrılacak madde ekstraksiyon çözeltisi ile kimyasal bir reaksiyon verir. Bu tür bir işlem, karışımlardan bileşenleri ayırmak veya organik madde içindeki safsızlıklan uzaklaştırmak için uygulanır. Örneğin organik bir çözücü içinde çözünmüş bulunan birkaç madde içindeki organik bir asidin, inorganik bir bazın sulu çözeltisi ile organik bir reaksiyon sonunda tuzunu oluşturarak sulu faza geçmesini sağlayabiliriz. Aynı işlemler tersi için de söz konusu olabilir. Seyreltik asit çözeltileri de aynı özelliğe dayanarak organik bazların ve bazik safsızlıkların ekstraksiyon ile uzaklaştırılması için kullanılabilir.
  Seyreltik sodyum hidroksit, sodyum karbonat ve sodyum bikarbonat çözeltileri organik asitleri ve asidik safsızlıklan; seyreltik hidroklorik asit veya sülfürik asit çözeltileri de organik bazları ve bazik safsızlıklan organik çözücülerdeki çözeltilerinden ekstraksiyon ile ayırmak için kullanılır.
  Ekstraksiyon işleminin esası, asit ve bazdan oluşan tuzun organik fazda çözünmemesine ve suda çözünmesine dayanır. Sulu fazdaki tuz yapısındaki madde, asit ise seyreltik asit ile; baz ise seyreltik baz ile muamele edilerek tuz yapısından kurtarılmış olur. Derişik soğuk sülfürik asit, doymamış hidrokarbonları doymuş hidrokarbonlardan, alkol ve eterleri alkil halojenürlerden ekstraksiyon ile ayırmaya yarar.



   3. Sürekli Çekmeye Dayanan Sıvı-Sıvı Ekstraksiyonları 

Organik maddeler, suda organik çözücülerden daha fazla çözündüklerinde veya bir katı fazda bulunup organik çözücülerde az çözündüklerinde sürekli ekstraksiyon işlemi uygulanır. Bu yolla az çözücü
kullanarak, çözünürlük organik çözücünün aleyhine olduğu halde fazla miktarda madde kazanılabilir.
Ekstraksiyon sıvı-sıvı arasında söz konusu olacaksa yani madde sudan ekstre edilecek ise kullanılacak organik çözücünün sudan hafif veya ağır oluşuna göre farklı ekstraksiyon düzenekleri kullanmak gerekir.
Her iki düzenek de,

• soğutucu,
• organik maddeyi içeren sulu fazın ve sudan hafif veya sudan ağır ekstraksiyon çözücüsünün konduğu balon ve ekstre edilen organik madde çözeltisinin toplandığı balondan oluşur.

Organik maddeyi içeren çözücü sudan farklı bir çözücü de olabilir.
Unutulmaması gereken nokta, iki çözücünün birbiri ile karışmamasıdır. Her iki düzenekte de balonda kaynayan ekstraksiyon çözeltisi soğutucuda yoğunlaşarak organik maddeyi içeren faz, içinden damlalar halinde geçer ve tekrar balona döner. Böylece devam eden ekstraksiyon işleminde süre
geçtikçe balonda kaynayan organik çözücü içine geçen organik madde miktarı artar.




4. Katılardan (Droglardan) Yapılan Ekstraksiyonlar

 Ham drogun, uygun çözücü içinde belirli şartlarda muamele edilmesi ile yapılan ayırma işlemidir. Burada, droglardan bir sıvı yardımıyla etken madde veya maddelerin çekilip alınması kastedilir.
Ekstraksiyonun ilk kullanılışı maserasyon şeklinde olmuştur. Katı droglarda etken maddeler hücre içinde bulunur. Drog, çözücü içine atıldığında çözücü difüzyon olayı ile hücre içine girer ve içindeki etken
maddeyi çözer, hücre gerilir ve çeper patlar. Sıvının hücre içine girmesi çeper parçalanmadan önce yavaştır, olayın hızlanması için çeper parçalanmalıdır.
 Uygulama biçimlerine göre droglardan yapılan ekstraksiyon; maserasyon, dijestiyon, infüzyon, dekoksiyon, perkolasyon, soxhelet apareyi ile yapılan sürekli ekstraksiyon olarak belirtilen yöntemlerle gerçekleştirilebilmektedir.