Chemıstry Laboratory Experıment Report

06 Kasım 2007

Name : Sertaç Tokcan

Number : 9919988

Department : Mining Eng.

CHEMISTRY LABORATORY EXPERIMENT REPORT

Name Of The Experiment : Effect Of temperature On Rate

Purpose Of The Experiment : To Examine Effect Of Temperature On Rate

Information About Experiment:

The Rate Of Chemical Reaction :

Rate or speed refers to something that happens in a unit of time. A car travelling at 60 mph. for example, covers a distance of 60 miles in one hour. For chemical reactions, the rate of reaction describes how fast the concentration of a reactant or product changes with time.

To illustrate, let’s consider the decomposition of an aqueous solution of hydrogen peroxide H2O2

2H2O2 (aq) 2 H2O2 (l) + O2 (g)

Suppose we start with 1.000 M H2O2 and discover that 10.0 s later the solution concentration is 0.983 M. H2O2. In a period of time, êt = 10.0 s, the change in concentration ê [H2O2] = 0.983 – 1.000 M = -0.017 M. The average rate of change of [H2O2] during this time interval is the change in H2O2 concentration divided by length of time.

Rate Of Change Of [H2O2] = ê [H2O2] = -0.017 M

êt 10.05

= -1.7×10-3Ms-1

To avoid using a negative quantity for the rate of reaction of a substance consumed in a reaction, let’s take its rate of reaction to be negative of the rate of change of its concentration.

Rate Of Change Of [H2O2] = – ( rate of change of [H2O2] )

= – ( -1.7×10-3Ms-1 )

Note that the units of a rate of reaction are molL-1(time)-1 such as mole Per litter Per second, which we can write as moll L-1S-1 or Ms-1.

If two or more reactants are involved, we have a bit of a problem describing the rate of a chemical reaction, as in the following example.

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + H2O(g)

We can describe the rate of reaction in terms of either reactant, but these rates are not same. Five moles of O2 are consumed for every four moles of NH3; the rate of reaction of O2 is somewhat greater than that of NH3. We can express this fact as

Rate of reaction of O2 = – ê [O2] = -5/4 ê[ NH3]

êt êt

= 5/4 ( rate of reaction of NH3 )

Rates of reaction are more often expressed in terms of the reactants than of the products, but should we want to know the rate of formation of a product in reaction. We can still use the stoichiometric coefficients to write. For example :

Rate of formation of NO = rate of reaction of NH3

Rate of formation of H2O = 6/4 ( rate of reaction of NH3 )

The Effect Of Temperature On Reaction Rates

We expect chemical reactions to go faster at higher temperatures. To speed up the biochemical reactions involved in cooking w raise the temperature. And to slow down other reactions we lower the temperature, as in refrigerating milk to prevent it from souring.

Svante Arrhenius demonstrated that the rate constants of many chemical reactions vary with temperature in accordance with the expression.

k = Ae-Ea/RT

By taking the natural logarithm of both sides of this equation, we obtain the following expression

lnk = – Ea/Rt + lnA

a graph of lnk versus I/T is that of a straight line and we can use Equation

lnk = – Ea/Rt + lnA. Or we can derive a useful variation of the equation by writing it for two sets of k and temperature values and eliminating the constant lnA. The result also called the Arrhenius equation is,

ln (k1/k2) = Ea/R [(1/T1)-(1/T2)]

In equation T1 and T2 are two Kelvin temperatures; k1 and k2 are the rate constants at these temperatures; Ea is the activation energy in joules Per mole. R is the gas constant expressed as 8.3145 j mol-1 k-1.

Data :

T0C t(s)

19

9

5

3

2

Results :

ê[MnO4-] = 0-( 0.0005×5 ) / 6

= -8.3 x 10-5 M x 5=4.15 x 10-4 M

Reaction Rate For 250 C

Reaction rate = – ê[MnO-4] /êt = – [(-8.3 x 10-5) x 5 ] /19

= 4.4 x 10-6 Ms-1 x 5 = 2.2 x 10-5 Ms-1

Reaction Rate For 350 C

Reaction rate = – ê[MnO-4] /êt = – [(-8.3 x 10-5) x 5 ] /9

= 9.2 x 10-6 Ms-1 x 5

= 4.6 x 10-5 Ms-1

Reaction Rate For 450 C

Reaction rate = – ê[MnO-4] /êt = – [(-8.3 x 10-5) x 5 ] / 5

= 16.6x 10-6 Ms-1 x 5

= 8.3 x 10-5 Ms-1

Reaction Rate For 550 C

Reaction rate = – ê[MnO-4] /êt = – [(-8.3 x 10-5) x 5 ] / 3

= 27.7 x 10-6 Ms-1 x 5

= 13.85 x 10-5 Ms-1

Reaction Rate For 650 C

Reaction rate = – ê[MnO-4] /êt = – [(-8.3 x 10-5) x 5 ] / 2

= 41.5 x 10-6 Ms-1 x 5

= 20.75 x 10-5 Ms-1

Comment :

While measuring time we could have made some mistakes, for that reason our calculations have affected.

Questions :

ln (k1/k2) = Ea/R [(1/T1)-(1/T2)]

ln (10k/k) = Ea/8.3145[ (1/300) – (1/310) ]

Ea = 177068 j = 177.068 kj

References : General Chemistry 7th Edition Petrucci – Harwood

Pages 506 – 525 – 526

Batarya Tarihi :

06 Kasım 2007

Batarya Tarihi :

İlk pratik olarak kullanılabilen pil günümüzden 200 yıl önce Alessandro Volta tarafından yapılan gümüş-çinko

pildir.Voltanın bu keşfinden kısa bir süre sonra Johann Wilihelm Ritter ilk şarjlı pili buldu.Ancak jeneratörlerin

gelişmesi ve şarj cihazlarının olmaması tekrar doldurulabilir pillerin gelişmesini olumsuz etkiledi.Bundan sonraki

önemli adım ise 60 yıl sonra George Leclanche’nin karbon-çinko pili bulmasıdır.Bugün kullandığımız pillerin atası

budur.

İlk Kurşun-Asit Bataryalar :

Aynı yıllarda Plante kurşun asit piller üzerine çalışıyordu.Onun bu çalışmaları Hawker Energy Products’ın

çalışmalarına çok benziyordu.gelecek 20 yıllık zamanda Faure ve diğerleri bunları geliştirecek ve günlük

kullanıma başlanacaktır.Daha sonra otomobil sanayiinde kullanımıyla iyice gelişecektir.

İlk Nikel-Kadmiyum Bataryalar :

Nikel elektrot ve Alkalin sistemler kurşun asit bataryalardan 30 yıl kadar daha sonra ortaya çıkmaya başladı.

Edison 1890 yılında şarj edilebilir alkalin pili yaptı.İsveçli araştırmacı Waldmar Jungner ilk küçük Nikel-Kadmiyum

pili yaptı.ikinci Dünya savaşı sırasında almanlar hafif ve kapasitesi yüksek NiCd pilleri havacılık sanayiinde

kullanmak amacı ile geliştirdiler.Avrupalı araştırmacılar ilk gerçek anlamdaki NiCd pili 1950 yılında geliştirdiler.

Temel Batarya Teknolojisi :

Bataryalar elektrik enerjisini depo eder.Batarya terimi bir adet üniteyi temsil eder.Ancak bu ünite içinde bir yada

birden fazla hücre (cell ) bulunabilir.Celller bataryanın yapı taşlarıdırlar.Bataryalar genellikle birden fazla hücrenin

birleşmesinden oluşur.Her batarya 3 temel öğeden oluşur.Anot (pozitif kutup),Katot (negatif kutup) ve kimyasal

reaksiyonu sağlayan elektrolittir.Diğer anlamda elektrolit elektrik enerjisini depolayan ve geri veren kısımdır.

İdeal Batarya :

İdeal bataryada aşağıdaki özellikler olmalıdır.

1. Yüksek enerji yoğunluğu olmalıdır.

2. Taşınabilir ve çevre şartlarına dayanıklı olmalıdır.

3. Uzun ömürlü olmalıdır.

4. Emniyetli olmalıdır.

5. Uygulama yeri için esneklik sağlamalıdır.

6. Şarj edilebilir olmalıdır.

Batarya Tipleri :

Bataryalar şarj edilemeyen ve şarj edilebilen tip diye ikiye ayrılır.Şarj edilemeyenler bir kere kullanıldıktan sonra

tekrar kullanılmazlar.Şarj edilebilen bataryalar binlerce kez şarj edilip tekrar kullanılabilir.

Şarj Edilemeyen Bataryalar :

Şarj edilemeyen bataryaların birçok tipleri vardır.En yaygın olanı çinko-karbon olanlarıdır.En önemli yanları

ucuz olmalarıdır.Alkalin-manganez bataryalar günümüzde bu pillerin yerini yüksek kapasiteleri nedeniyle

almışlardır.Cıva-çinko ve çinko-kadmiyum bataryalar ise saatlerde,tıp alanında,işitme cihazlarında çok

kullanıldılar.Ancak çevreyi çok kirletmeleri yüzünden diğer bataryalarla değiştirildiler.Hava-çinko bataryalar düşük

güçlü uygulamalar için özellikle modern işitme cihazları ve tıbbi cihazlar için çok kullanıldılar.Ayrıca şarj edilebilir

hava-çinko bataryalar gelişim sürecindedirler.Termal bataryalarda şu anda askeri ve bilimsel alanlarda

kullanılmaktadır.bunların yanında birçok batarya çeşidi olmasına rağmen Lithium bataryalar ön plana çıkmıştır.

Her boydaki lithium piller günümüzde mikro elektronik güç uygulamalarında aratan oranda kullanılmaktadır.

Şarj Edilebilir Bataryalar.

Şarj edilebilir bataryalar 3 tipte üretilir.Birincisi otomobillerde kullandığımız ve akü dediğimiz açık tip

bataryalardır.Atmosfere açık olan bu bataryalar kullanım sırasında atmosfere hidrojen gazı verirler ve bu yüzden

su azaldığı için suya ihtiyaç duyarlar.bakım istemeyen bataryalarda sadece elektrolit fazla olup bu yüzden servis

ömürleri boyunca bakım istemezler.

İkinci tip şarjlı bataryalar yarı açık yada yarı kapalı bataryalardır.Bu tip bataryalarda kullanılan elektrolitlerde

atmosfere gaz salarlar.Ancak bu tip bataryaların elektrolitleri jel türündedir.

Üçüncü tip bataryalar tamamen kapatılmış (sealed) bataryalardır.Kapalı tip bataryalar normal olarak çıkan

gazı atmosfere vermezler.Bu teknoloji sealed Ni-Cd ve Sealed Lead bataryalarda kullanılır.

Voltaj:

Bataryanın voltaj değeri bataryanın yapımında kullanılan materyallere bağlıdır.Toplam voltaj anottaki

oksidasyona ve katottaki potansiyel düşüşün toplamına eşittir.Anot pozitif katot negatiftir.Katot ve anotta

kullanılan malzemeler bataryanın voltajını etkiler.Kadmiyum anoda ve nikel katoda sahip pillerde bu voltaj

1.2 volttur.

Depolanmış Enerji :

Depolanmış enerji demek bataryada ne kadar aktif malzeme kullanıldığıdır.Bu depolanmış enerji kapasiteyi

belirler ve amper/saat olarak bataryanın boşalırken verdiği akımı ve bu akımı ne kadar süre verdiğini gösterir.

Amper/saat oranı bataryaların kapasitesinin karşılaştırılması için kullanılır.Fakat bu karşılaştırma sadece

aynı kimyasal sistemi kullanan bataryalar için geçerlidir.Değişik kimyasal sistem kullanan bataryalar kapasite

kadar ağırlık verdiği akım miktarı ile de karşılaştırılmalıdır.bu noktadan sonra sık sık "C" yada "C oranı" nı

bataryaların doldurma ve boşaltma oranını belirtirken kullanacağız.Bu "C" oranı rakamsal olarak kapasite oranına

eşittir.Batarya "C" oranında boşalırken batarya minimum kapasitede "C" oranında bir saatte boşalmalıdır.Yani

500 miliampersaatlik bir batarya bir saat boyunca 500 miliamper vererek boşalmalıdır.Bazı NiCd batarya üreticileri

bataryaların kapasite oranını bir yada daha fazla saat olarak vermektedir.bazıları her iki oranı da vermektedir.

Birkaç örnek daha verelim.Bir saatte 0.25c oranında boşalan bir bir batarya bu oranda 4 saat akım vermelidir.

(600 miliamper7saatlik pil 150 miliamper ile 4 saatte boşalmalı)0.1C oranı ile boşalan bir batarya ise 10 saat bu

akımı vermelidir.(60×10=600 miliamper)

NiCd Pilleri Elektro Kimyasal Yapıları :

NiCd pillerin elektro kimyasal yapısı kısaca şöyledir.Elektrotların fiziksel yapısını değiştirmeden üzerindeki

aktif maddelerin oksidasyonla değişmesidir.Elektrotlardaki aktif maddeler alkalin elektrolit içersinde çözünmezler ve

katı olarak kalırlar.Bu NiCd pillerin neden uzun ömürlü olduğunun açıklamasıdır.Çünkü kimyasal reaksiyon sonunda

eksilen yada kaybolan aktif madde yoktur.Diğer önemli bir nokta ise NiCd pillerin tamamen deşarj oluncaya kadar

voltaj değerini korumasıdır.NiCd pillerde nicel oxyhydroxide (NİOOH) pozitif levha üzerine depolanmış edilmiş

aktif maddedir.Deşarj olurken depolanmış oxyhydroxide üzerinden geçen akım sebebiyle elektron alarak düşük

seviyelere doğru azalır (NİOH)2.Kadmiyum metal (Cd) ise negatif tabaka üzerine depolanmış aktif maddedir.

Deşarj olurken cadmium hydroxide ile oksidasyona girerek Cd(OH)2 elektron salar.böylece elektrik akımı oluşur.

Pil şarj olurken bu sistem tersine döner.Böylece pil başlangıçtaki voltaj ve kapasite değerine ulaşır yani dolar.

Reaksiyonun oluştuğu elektrolit potasyum hidroksitdir.(KOH).su içersinde yaklaşık %32 oranında çözülmüştür.

Batarya aşırı şarj edildiğinde pozitif elektrotta oksijen gazı üretilir.Fakat NiCd piller sızdırmazlığı sağlanmış

ve bu oksijeni içinde tutacak şekilde dizayn edilmiştir.NiCd pil yavaş yavaş şarj edilirken bu oksijeni kapasitesini

kaybetmeyecek şekilde içinde barındırır.Bu pozitif levhanın tam şarjlı olduğu durumda negatif levhanın tam

şarj olmamış durumda olduğu bir şekilde pillerin imal edilmesi ile sağlanır.Pozitif ve negatif levha incelendiğinde

negatif levhanın pozitif levhadan daha büyük olduğu görülür.Fazla oksijen gözenekli (gaz geçirgen) seperatörden

geçerek negatif levhanın aktif yüzeyine ulaşarak burada gaz formundan hydroxyl ion formuna dönüşür.Bu hydroxyl

ionları tekrar geri pozitif levhaya hareket ederek akımı tamamlar.eğer batarya emniyetli bir şekilde çalışacak

dizaynını aşan düzeyde aşırı şarj edilirse ortaya çıkan fazla oksijen gazı pil üzerindeki emniyet venti açılarak

atmosfere serbest bırakılır.

Bataryaların Yapısı :

Nikel kaplanmış yuvarlak çelik gövdenin içine (negatif kutup) yerleştirilmiş yuvarlak çubuk ve bu çubuğa bağlı bir

kapaktan (pozitif kutup) oluşur.pozitif çubuğun etrafı gözenekli (gaz geçirgen) naylon yada yüksek sıcaklıklarda

çalışacak pillerde polyproplene ile kaplanmıştır.Bu pozitif ve negatif levhaları birbirinden yalıtır.ayrıca kimyasal

reaksiyonun oluştuğu elektroliti barındırır.Bu arada aşırı şarj sonucu ortaya çıkan oksijen gazını serbest

bırakmak için çeşitli şekillerde yapılmış ve kapak üzerinde bulunan vent sistemleri mevcuttur.bu vent sistemi

aşırı şarj nedeniyle ortaya çıkan oksijeni atmosfere serbest bırakarak pilin emniyetli bir şekilde çalışmasını

sağlar.

Şarj Etme :

NİCd piller uygun polarizasyonda elektrik akımı verilerek direkt olarak şarj edilirler.Bu şarj akımı direkt doru akım,

tam yada yarı doğrultulmuş alternatif akım yada diğer doğru akım veren kaynaklardan olabilir.Bir NiCd pil 0.02C

kadar (kapasitesinin %2 si) bir değerde şarj edilmelidir.Ancak günümüzde ticari olarak kabul edilen değer 0.05C’dir.

Şarj oranı 20C kadarda olabilir.Fakat aşırı şarj edilmemesine dikkat edilmelidir.Ancak pratikte şöyle tanımlama

yapılmıştır.Bir pil tam olarak 1 saatte yada daha az sürede şarj ediliyorsa hızlı şarj, 1 saatten 14 saate kadar

şarj ediliyorsa çabuk şarj,14 ila 16 saat arasında şarj ediliyorsa yavaş (overnight) şarj diye adlandırılır.Şarj

zamanlarını şarj oranlarına çevirirsek 0.05C’den 0.1C’ye kadar yavaş, 0.2C’den 0.5C’ye kadar çabuk C ve üzeri

oranlara ise hızlı şarj denir.Yavaş ve çabuk şarj cihazları günümüzde basit ve ucuz olduğun için çok

kullanılmaktadır.Ayrıca şarj cihazları yüksek ve düşük oranda şarj için özel elektronik devre istemez.Şarj

edilebilir piller kendi ihtiyacına göre alacağı akım miktarını ayarlar.Ayrıca günümüzde çoğu pil aşırı şarjda

pili korumak için negatif plaka pozitif plakanın ürettiği fazla oksijeni absorbe edecek şekilde yapılmıştır.Bu

arada yüksek oranlarda şarj yapılırken ortaya çıkan bir diğer önemli faktör ise ısınmadır.Şimdi bir pil yüksek

oranda şarj olurken voltaj,ısı ve basınç değerlerini inceleyelim.Batarya basıncı şarj zamanının çoğunda düşük

seviyededir ve pil tam şarja yaklaştığında yükselir.Yüksek basıncın sebebi oksijen gazıdır.Aşırı şarj edilen

pilin içersinde çıkan oksijen gazı sebebiyle basınç artar.bu arada negatif plaka üzerinde oksijenin hydroxyl ionuna

çevrilmesi sırasında ısı ortaya çıkar.Böylece pilin ısısı artar.artan ısı içerideki gazı genleştirerek basıncın

daha da artmasına sebep olur.yüksek basınç ve ısı özellikle sızdırmazlığı sağlayan elemanlara zarar verir.

Ayrıca dış ortama kaçan oksijen ileri aşamada pile de zarar verecektir.Dolayısı ile hızlı ve yüksek orandaki

fazla şarj pile zarar verecektir.Yapılan deneyler emniyetli şarj sıcaklığının maksimum 45 C derece olduğunu tespit

etmiştir.Bazı şarj cihazlarında bu sıcaklığı kontrol eden ve yükseldiğinde şarjı kesen devreler mevcuttur.Bu

arada yüksek sıcaklık pillerin tam şarj olmamasına da sebep olmaktadır.Optimum şarj sıcaklığı oda (23 C)

yada daha aşağısında olan sıcaklıklardır.Kısaca şarja etki eden faktörler aşağıda olduğu gibidir.

1. Şarj için doğru kutuplara doğru akım verilmelidir.

2. Şarj oranları hızlı, çabuk ve yavaş olarak sınıflandırılır.

3. 0.3C şarj değerinin üzerinde yapılan şarjlarda pil tam şarj olduğunda şarj durdurulmalı yada akımı

azaltılmalıdır.

4. Şarj olayı bataryanın şarj edilebilirliğinin ölçüsüdür.Şarjın etkinliği şarj oranına ve sıcaklığa bağlıdır.

Deşarj :

NiCd pillerin deşarj karakteristikleri şöyledir.NiCd piller boşalırken voltaj değerlerinde deşarj sonuna kadar bir

değişme olmaz.Bazı değişkenler pillerin deşarjına etki eder.bunlar kısaca şöyledir.

1. Deşarj oranı.

2. Deşarj süresi.

3. Deşarjın derinliği.

4. Batarya şarj edilirken,kullanılmazken ve deşarj olurken sahip olduğu sıcaklık.

5. Şarj ve overşarj oranı.

6. Şarj süresi,şarjdan sonra ne kadar beklediği.

7. Daha önceki dönemlerde pilin maruz kaldığı etkiler.

Her NiCd pilin belirlenen oranda kapasitesi, deşarj voltajı ve efektif direnci vardır.Tek bir pil 1.2 volt ile

sınırlandırılmıştır ve bunun katları olarak değer alır.5 Tane pil seri bağlandığında 6 volt gerilim sağlar.

Deşarj voltajı 1.2 volttur ve zaman zaman deşarj voltajı 1.2 voltu geçmektedir.Çoğu üretici ürettikleri pillerin

kapasitesini yeni ve tam şarj edilmiş pillere göre verir.Pratikte pil kapasitesi için kabul edilen değer amper/saat

(yada miliamper/saat) ve 0.9 volta bir saatte düşünceye kadar verdiği akım değeridir.

Isının Voltaja Etkisi :

Pilin kapasitesine ısının nasıl etki ettiğine bakalım.Isı arttıkça pilin voltajı düşer.Voltaj düştükçe vereceği

akımda azalır.Dolayısı ile düşük sıcaklıklardaki pilin kapasitesi yüksek sıcaklıktaki pile göre daha fazladır.Çoğu

üretici firma batarya kapasitesini 23 C derece (oda sıcaklığı) sıcaklıkta hesaplar.

Dahili Direnç :

Pillerin kapasitesine etki eden bir diğer etkende pilin kendisinin sahip olduğu iç dirençtir.bu iç direnç pilin vereceği

maksimum akımı belirler.Bu değer ne kadar düşük olursa pil o oranda yüksek akım verir.bu arada pillerin şarjı

azaldıkça iç dirençleri artar.

Pilleri Kendi Kendine Boşalması (Self deşarj) :

pilin kullanılmadığı zaman kendi kendine boşalmasıdır.Bu deşarj pilin ömrü için zararlı değildir.Bir pil oda

sıcaklığında her gün %1 oranında boşalır.Her 10 derecelik sıcaklık artışında da bu oran ikiye katlar.

Voltaj Kesilmesi :

Deşarj sonunda pilin voltajının birden sıfıra inmesidir.NiCD pil kullanılan cihazlarda voltaj kesilmesi göz önünde

tutulması gereken önemli bir konudur.Şimdi tipik voltaj profiline bakalım.Eğer voltaj kesme değeri yüksek ise

batarya kullanımdadır.Eğer voltaj kesme değeri çok düşük ise yada yoksa çok çabuk şekilde kapasitesi ve ömrü

düşer ve pilin kutupları ters döner.Tavsiye edilen voltaj kesme değeri deşarj değerine ve kullanım yerini göre

değişebilir.Voltaj kesme değerinin iyi seçilmesi maksimum kapasite kullanımı sağlar.Seri bağlanmış paket pillerde

özellikle hız kontrol ünitelerinde ve fazla akım çekilen yerlerde kullanılan bataryalar yüksek oranda akım

kaybederek boşalırlar.Bu yüksek orandaki deşarj batarya hızla iç direncin deşarj sonuna doğru artması

sebebiyle kutuplarının ters dönmesine ve pilden hiç akım alınamamasına sebep olur.NiCd pillerde deşarj

karakteristiği 23 C derece sıcaklıkta 1C yada 5C deşarj değerinde 0.9 Volta kadardır ve C nin nominal voltu

1.2 voltta iken şarj ve deşarj şartları pilin kapasitesine direkt etki eder.NiCd pillerin voltaj eğrisi deşarj boyunca

çok doğrusaldır ve kullanım boyunca 1.2 voltta neredeyse sabit kalır ancak deşarj sonuna doğru voltaj çok

hızlı bir şekilde düşer.Bunun için kullanım yerine göre piller çok iyi seçilmelidir.

Batarya Ömrü :

Batarya ömrü bir pilin kontrol edilen şartlar altında ne kadar şarj ve deşarj edilebildiğidir.Bir NiCd pil 10 yıl

rahatlıkla kullanabilir.Evet yanlış okumadınız 10 yıl kullanabilirsiniz.Bunun yanında bir NiCd pili 10000 kez

kontrol edilen şartlar altında şarj ve deşarj edebilirsiniz.Ancak dikkat edin kontrol edilen şartlar altında dedik.

NiCd piller aynı teknoloji ile üretilir ve uydularda yaklaşık 20 yıl kullanılır.NiCd pillerin ömrüne etki eden

faktörler sıcaklık,aşırı şarj şartları ve küçük bir etken olarak da deşarjın tipi derinliğidir.Bu etkenler batarya

şarj sayısını ve ömrünü etkiler.NiCd bataryalarda bazen şarj sayısı bataryanın kullanım ömrünü belirler.

Genellikle kapasitesinin % 80 ‘nini vermeyen piller ömrünü doldurmuş olarak kabul edilir.Pilde ilk meydana gelen

arıza seperatörün görev yapmayarak pilin kısa devre olmasıdır.Pil çok kısa bir sürede kendi kendine boşalır.

Bu arada harici olarak kısa süreli meydana kelen kısa devreler pilin sızdırmazlığını sağlayan elemanlara çok

zarar verir.Kısacası şarj değeri,aşırı şarj ortam sıcaklığı,deşarj değeri,pillerin kısa sürede olsa kısa devre

yapılması ve fiziki olarak zarar görmesi pillerin kullanım ömrüne kısaltır.

Batarya Kutuplarının Ters Dönmesi (Reversal) :

Reversal nedir ? Birden fazla pilden oluşan paket piller potansiyel olarak reversal problemiyle karşı karşıyadır.

Bu paket pillerden çekilen akımın derinliğine bağlı olarak pillerden bir tanesinin voltajı sıfıra düşebilir.

Eğer deşarj bu noktada devam ederse voltajı sıfıra düşmüş pilin kutupları yer değiştirir.Yani pozitif kutup

negatif, negatif kutup pozitif olur.İşte bu reversaldır.Öncelikle pozitif kutup tükenir.Deşarja devam edildikçe

kutuplar yer değiştirir.Negatif elektrot pozitif olur ve voltaj -1.4 volta düşer.Bu noktada pil içerisinde hidrojen

gazı üretilir.Hidrojen oksijen gazı gibi hydroxyl ionuna dönüşmediği için pil içerisindeki basınç artar.Bu basınç

sonucu hidrojen gazı dış ortama atılır.Reversala engel olmanın yolu dizayn aşamasında amaca uygun pil

seçmektir.Eğer aşırı akım çekilecekse voltaj kesme değeri yüksek piller seçilmelidir.

Pil Hafızası Yada Voltaj Düşüşü :

Genel inanışın aksine batarya hafızası kapasitedeki kayıp değildir.Batarya hafızası periyodik bir adımdır.

Buna ne sebep olur ?.Gerçekte iki yol voltaj profilinde bir adıma neden olur.Birincisi çok yavaş tam şarj yapmak ve

bundan sonrada sürekli aynı oranda ve sürede pili tam deşarj yapmaktır.Deşarj mutlaka her deşarjda aynı süre

ve akımda olduğu müddetçe bu etki görülür.İkinci ve sık karşılaşılan etki voltaj çöküşü yada diğer adı ile

batarya hafızasıdır.Buna devamlı olarak overnight oranında (Yavaş şarj) aşırı şarj yapmak sebep olur.Eğer

batarya.Eğer batarya yavaş şarjda uzun süre kalırsa aktif madde üzerindeki kristaller büyür.Kristaller büyüyünce

aktif maddenin elektrolitle temas yüzeyi azalır ve bu dahili direncin artmasına sebep olur.Bu arada voltajda düşme

görülür.Voltaj adımı aşırı şarj olan bataryanın ne kadar uzun süre şarj olduğuna ve ısısına bağlı olarak değişik

zamanlarda meydana gelir.Eğer aşırı şarj devam ederse voltaj düşmesi batarya daha tam deşarj olamadan görülür.

Voltaj depresyonu (çökmesi,azalması) etkisi bir yada birkaç normal şarj ve deşarjdan sonra ortadan kalkar.

Günümüzde bataryalarda bu durum çok nadir görülür.*

Batarya Tarihi

06 Kasım 2007

Batarya Tarihi :

İlk pratik olarak kullanılabilen pil günümüzden 200 yıl önce Alessandro Volta tarafından yapılan gümüş-çinko

pildir.Voltanın bu keşfinden kısa bir süre sonra Johann Wilihelm Ritter ilk şarjlı pili buldu.Ancak jeneratörlerin

gelişmesi ve şarj cihazlarının olmaması tekrar doldurulabilir pillerin gelişmesini olumsuz etkiledi.Bundan sonraki

önemli adım ise 60 yıl sonra George Leclanche’nin karbon-çinko pili bulmasıdır.Bugün kullandığımız pillerin atası

budur.

İlk Kurşun-Asit Bataryalar :

Aynı yıllarda Plante kurşun asit piller üzerine çalışıyordu.Onun bu çalışmaları Hawker Energy Products’ın

çalışmalarına çok benziyordu.gelecek 20 yıllık zamanda Faure ve diğerleri bunları geliştirecek ve günlük

kullanıma başlanacaktır.Daha sonra otomobil sanayiinde kullanımıyla iyice gelişecektir.

İlk Nikel-Kadmiyum Bataryalar :

Nikel elektrot ve Alkalin sistemler kurşun asit bataryalardan 30 yıl kadar daha sonra ortaya çıkmaya başladı.

Edison 1890 yılında şarj edilebilir alkalin pili yaptı.İsveçli araştırmacı Waldmar Jungner ilk küçük Nikel-Kadmiyum

pili yaptı.ikinci Dünya savaşı sırasında almanlar hafif ve kapasitesi yüksek NiCd pilleri havacılık sanayiinde

kullanmak amacı ile geliştirdiler.Avrupalı araştırmacılar ilk gerçek anlamdaki NiCd pili 1950 yılında geliştirdiler.

Temel Batarya Teknolojisi :

Bataryalar elektrik enerjisini depo eder.Batarya terimi bir adet üniteyi temsil eder.Ancak bu ünite içinde bir yada

birden fazla hücre (cell ) bulunabilir.Celller bataryanın yapı taşlarıdırlar.Bataryalar genellikle birden fazla hücrenin

birleşmesinden oluşur.Her batarya 3 temel öğeden oluşur.Anot (pozitif kutup),Katot (negatif kutup) ve kimyasal

reaksiyonu sağlayan elektrolittir.Diğer anlamda elektrolit elektrik enerjisini depolayan ve geri veren kısımdır.

İdeal Batarya :

İdeal bataryada aşağıdaki özellikler olmalıdır.

1. Yüksek enerji yoğunluğu olmalıdır.

2. Taşınabilir ve çevre şartlarına dayanıklı olmalıdır.

3. Uzun ömürlü olmalıdır.

4. Emniyetli olmalıdır.

5. Uygulama yeri için esneklik sağlamalıdır.

6. Şarj edilebilir olmalıdır.

Batarya Tipleri :

Bataryalar şarj edilemeyen ve şarj edilebilen tip diye ikiye ayrılır.Şarj edilemeyenler bir kere kullanıldıktan sonra

tekrar kullanılmazlar.Şarj edilebilen bataryalar binlerce kez şarj edilip tekrar kullanılabilir.

Şarj Edilemeyen Bataryalar :

Şarj edilemeyen bataryaların birçok tipleri vardır.En yaygın olanı çinko-karbon olanlarıdır.En önemli yanları

ucuz olmalarıdır.Alkalin-manganez bataryalar günümüzde bu pillerin yerini yüksek kapasiteleri nedeniyle

almışlardır.Cıva-çinko ve çinko-kadmiyum bataryalar ise saatlerde,tıp alanında,işitme cihazlarında çok

kullanıldılar.Ancak çevreyi çok kirletmeleri yüzünden diğer bataryalarla değiştirildiler.Hava-çinko bataryalar düşük

güçlü uygulamalar için özellikle modern işitme cihazları ve tıbbi cihazlar için çok kullanıldılar.Ayrıca şarj edilebilir

hava-çinko bataryalar gelişim sürecindedirler.Termal bataryalarda şu anda askeri ve bilimsel alanlarda

kullanılmaktadır.bunların yanında birçok batarya çeşidi olmasına rağmen Lithium bataryalar ön plana çıkmıştır.

Her boydaki lithium piller günümüzde mikro elektronik güç uygulamalarında aratan oranda kullanılmaktadır.

Şarj Edilebilir Bataryalar.

Şarj edilebilir bataryalar 3 tipte üretilir.Birincisi otomobillerde kullandığımız ve akü dediğimiz açık tip

bataryalardır.Atmosfere açık olan bu bataryalar kullanım sırasında atmosfere hidrojen gazı verirler ve bu yüzden

su azaldığı için suya ihtiyaç duyarlar.bakım istemeyen bataryalarda sadece elektrolit fazla olup bu yüzden servis

ömürleri boyunca bakım istemezler.

İkinci tip şarjlı bataryalar yarı açık yada yarı kapalı bataryalardır.Bu tip bataryalarda kullanılan elektrolitlerde

atmosfere gaz salarlar.Ancak bu tip bataryaların elektrolitleri jel türündedir.

Üçüncü tip bataryalar tamamen kapatılmış (sealed) bataryalardır.Kapalı tip bataryalar normal olarak çıkan

gazı atmosfere vermezler.Bu teknoloji sealed Ni-Cd ve Sealed Lead bataryalarda kullanılır.

Voltaj:

Bataryanın voltaj değeri bataryanın yapımında kullanılan materyallere bağlıdır.Toplam voltaj anottaki

oksidasyona ve katottaki potansiyel düşüşün toplamına eşittir.Anot pozitif katot negatiftir.Katot ve anotta

kullanılan malzemeler bataryanın voltajını etkiler.Kadmiyum anoda ve nikel katoda sahip pillerde bu voltaj

1.2 volttur.

Depolanmış Enerji :

Depolanmış enerji demek bataryada ne kadar aktif malzeme kullanıldığıdır.Bu depolanmış enerji kapasiteyi

belirler ve amper/saat olarak bataryanın boşalırken verdiği akımı ve bu akımı ne kadar süre verdiğini gösterir.

Amper/saat oranı bataryaların kapasitesinin karşılaştırılması için kullanılır.Fakat bu karşılaştırma sadece

aynı kimyasal sistemi kullanan bataryalar için geçerlidir.Değişik kimyasal sistem kullanan bataryalar kapasite

kadar ağırlık verdiği akım miktarı ile de karşılaştırılmalıdır.bu noktadan sonra sık sık "C" yada "C oranı" nı

bataryaların doldurma ve boşaltma oranını belirtirken kullanacağız.Bu "C" oranı rakamsal olarak kapasite oranına

eşittir.Batarya "C" oranında boşalırken batarya minimum kapasitede "C" oranında bir saatte boşalmalıdır.Yani

500 miliampersaatlik bir batarya bir saat boyunca 500 miliamper vererek boşalmalıdır.Bazı NiCd batarya üreticileri

bataryaların kapasite oranını bir yada daha fazla saat olarak vermektedir.bazıları her iki oranı da vermektedir.

Birkaç örnek daha verelim.Bir saatte 0.25c oranında boşalan bir bir batarya bu oranda 4 saat akım vermelidir.

(600 miliamper7saatlik pil 150 miliamper ile 4 saatte boşalmalı)0.1C oranı ile boşalan bir batarya ise 10 saat bu

akımı vermelidir.(60×10=600 miliamper)

NiCd Pilleri Elektro Kimyasal Yapıları :

NiCd pillerin elektro kimyasal yapısı kısaca şöyledir.Elektrotların fiziksel yapısını değiştirmeden üzerindeki

aktif maddelerin oksidasyonla değişmesidir.Elektrotlardaki aktif maddeler alkalin elektrolit içersinde çözünmezler ve

katı olarak kalırlar.Bu NiCd pillerin neden uzun ömürlü olduğunun açıklamasıdır.Çünkü kimyasal reaksiyon sonunda

eksilen yada kaybolan aktif madde yoktur.Diğer önemli bir nokta ise NiCd pillerin tamamen deşarj oluncaya kadar

voltaj değerini korumasıdır.NiCd pillerde nicel oxyhydroxide (NİOOH) pozitif levha üzerine depolanmış edilmiş

aktif maddedir.Deşarj olurken depolanmış oxyhydroxide üzerinden geçen akım sebebiyle elektron alarak düşük

seviyelere doğru azalır (NİOH)2.Kadmiyum metal (Cd) ise negatif tabaka üzerine depolanmış aktif maddedir.

Deşarj olurken cadmium hydroxide ile oksidasyona girerek Cd(OH)2 elektron salar.böylece elektrik akımı oluşur.

Pil şarj olurken bu sistem tersine döner.Böylece pil başlangıçtaki voltaj ve kapasite değerine ulaşır yani dolar.

Reaksiyonun oluştuğu elektrolit potasyum hidroksitdir.(KOH).su içersinde yaklaşık %32 oranında çözülmüştür.

Batarya aşırı şarj edildiğinde pozitif elektrotta oksijen gazı üretilir.Fakat NiCd piller sızdırmazlığı sağlanmış

ve bu oksijeni içinde tutacak şekilde dizayn edilmiştir.NiCd pil yavaş yavaş şarj edilirken bu oksijeni kapasitesini

kaybetmeyecek şekilde içinde barındırır.Bu pozitif levhanın tam şarjlı olduğu durumda negatif levhanın tam

şarj olmamış durumda olduğu bir şekilde pillerin imal edilmesi ile sağlanır.Pozitif ve negatif levha incelendiğinde

negatif levhanın pozitif levhadan daha büyük olduğu görülür.Fazla oksijen gözenekli (gaz geçirgen) seperatörden

geçerek negatif levhanın aktif yüzeyine ulaşarak burada gaz formundan hydroxyl ion formuna dönüşür.Bu hydroxyl

ionları tekrar geri pozitif levhaya hareket ederek akımı tamamlar.eğer batarya emniyetli bir şekilde çalışacak

dizaynını aşan düzeyde aşırı şarj edilirse ortaya çıkan fazla oksijen gazı pil üzerindeki emniyet venti açılarak

atmosfere serbest bırakılır.

Bataryaların Yapısı :

Nikel kaplanmış yuvarlak çelik gövdenin içine (negatif kutup) yerleştirilmiş yuvarlak çubuk ve bu çubuğa bağlı bir

kapaktan (pozitif kutup) oluşur.pozitif çubuğun etrafı gözenekli (gaz geçirgen) naylon yada yüksek sıcaklıklarda

çalışacak pillerde polyproplene ile kaplanmıştır.Bu pozitif ve negatif levhaları birbirinden yalıtır.ayrıca kimyasal

reaksiyonun oluştuğu elektroliti barındırır.Bu arada aşırı şarj sonucu ortaya çıkan oksijen gazını serbest

bırakmak için çeşitli şekillerde yapılmış ve kapak üzerinde bulunan vent sistemleri mevcuttur.bu vent sistemi

aşırı şarj nedeniyle ortaya çıkan oksijeni atmosfere serbest bırakarak pilin emniyetli bir şekilde çalışmasını

sağlar.

Şarj Etme :

NİCd piller uygun polarizasyonda elektrik akımı verilerek direkt olarak şarj edilirler.Bu şarj akımı direkt doru akım,

tam yada yarı doğrultulmuş alternatif akım yada diğer doğru akım veren kaynaklardan olabilir.Bir NiCd pil 0.02C

kadar (kapasitesinin %2 si) bir değerde şarj edilmelidir.Ancak günümüzde ticari olarak kabul edilen değer 0.05C’dir.

Şarj oranı 20C kadarda olabilir.Fakat aşırı şarj edilmemesine dikkat edilmelidir.Ancak pratikte şöyle tanımlama

yapılmıştır.Bir pil tam olarak 1 saatte yada daha az sürede şarj ediliyorsa hızlı şarj, 1 saatten 14 saate kadar

şarj ediliyorsa çabuk şarj,14 ila 16 saat arasında şarj ediliyorsa yavaş (overnight) şarj diye adlandırılır.Şarj

zamanlarını şarj oranlarına çevirirsek 0.05C’den 0.1C’ye kadar yavaş, 0.2C’den 0.5C’ye kadar çabuk C ve üzeri

oranlara ise hızlı şarj denir.Yavaş ve çabuk şarj cihazları günümüzde basit ve ucuz olduğun için çok

kullanılmaktadır.Ayrıca şarj cihazları yüksek ve düşük oranda şarj için özel elektronik devre istemez.Şarj

edilebilir piller kendi ihtiyacına göre alacağı akım miktarını ayarlar.Ayrıca günümüzde çoğu pil aşırı şarjda

pili korumak için negatif plaka pozitif plakanın ürettiği fazla oksijeni absorbe edecek şekilde yapılmıştır.Bu

arada yüksek oranlarda şarj yapılırken ortaya çıkan bir diğer önemli faktör ise ısınmadır.Şimdi bir pil yüksek

oranda şarj olurken voltaj,ısı ve basınç değerlerini inceleyelim.Batarya basıncı şarj zamanının çoğunda düşük

seviyededir ve pil tam şarja yaklaştığında yükselir.Yüksek basıncın sebebi oksijen gazıdır.Aşırı şarj edilen

pilin içersinde çıkan oksijen gazı sebebiyle basınç artar.bu arada negatif plaka üzerinde oksijenin hydroxyl ionuna

çevrilmesi sırasında ısı ortaya çıkar.Böylece pilin ısısı artar.artan ısı içerideki gazı genleştirerek basıncın

daha da artmasına sebep olur.yüksek basınç ve ısı özellikle sızdırmazlığı sağlayan elemanlara zarar verir.

Ayrıca dış ortama kaçan oksijen ileri aşamada pile de zarar verecektir.Dolayısı ile hızlı ve yüksek orandaki

fazla şarj pile zarar verecektir.Yapılan deneyler emniyetli şarj sıcaklığının maksimum 45 C derece olduğunu tespit

etmiştir.Bazı şarj cihazlarında bu sıcaklığı kontrol eden ve yükseldiğinde şarjı kesen devreler mevcuttur.Bu

arada yüksek sıcaklık pillerin tam şarj olmamasına da sebep olmaktadır.Optimum şarj sıcaklığı oda (23 C)

yada daha aşağısında olan sıcaklıklardır.Kısaca şarja etki eden faktörler aşağıda olduğu gibidir.

1. Şarj için doğru kutuplara doğru akım verilmelidir.

2. Şarj oranları hızlı, çabuk ve yavaş olarak sınıflandırılır.

3. 0.3C şarj değerinin üzerinde yapılan şarjlarda pil tam şarj olduğunda şarj durdurulmalı yada akımı

azaltılmalıdır.

4. Şarj olayı bataryanın şarj edilebilirliğinin ölçüsüdür.Şarjın etkinliği şarj oranına ve sıcaklığa bağlıdır.

Deşarj :

NiCd pillerin deşarj karakteristikleri şöyledir.NiCd piller boşalırken voltaj değerlerinde deşarj sonuna kadar bir

değişme olmaz.Bazı değişkenler pillerin deşarjına etki eder.bunlar kısaca şöyledir.

1. Deşarj oranı.

2. Deşarj süresi.

3. Deşarjın derinliği.

4. Batarya şarj edilirken,kullanılmazken ve deşarj olurken sahip olduğu sıcaklık.

5. Şarj ve overşarj oranı.

6. Şarj süresi,şarjdan sonra ne kadar beklediği.

7. Daha önceki dönemlerde pilin maruz kaldığı etkiler.

Her NiCd pilin belirlenen oranda kapasitesi, deşarj voltajı ve efektif direnci vardır.Tek bir pil 1.2 volt ile

sınırlandırılmıştır ve bunun katları olarak değer alır.5 Tane pil seri bağlandığında 6 volt gerilim sağlar.

Deşarj voltajı 1.2 volttur ve zaman zaman deşarj voltajı 1.2 voltu geçmektedir.Çoğu üretici ürettikleri pillerin

kapasitesini yeni ve tam şarj edilmiş pillere göre verir.Pratikte pil kapasitesi için kabul edilen değer amper/saat

(yada miliamper/saat) ve 0.9 volta bir saatte düşünceye kadar verdiği akım değeridir.

Isının Voltaja Etkisi :

Pilin kapasitesine ısının nasıl etki ettiğine bakalım.Isı arttıkça pilin voltajı düşer.Voltaj düştükçe vereceği

akımda azalır.Dolayısı ile düşük sıcaklıklardaki pilin kapasitesi yüksek sıcaklıktaki pile göre daha fazladır.Çoğu

üretici firma batarya kapasitesini 23 C derece (oda sıcaklığı) sıcaklıkta hesaplar.

Dahili Direnç :

Pillerin kapasitesine etki eden bir diğer etkende pilin kendisinin sahip olduğu iç dirençtir.bu iç direnç pilin vereceği

maksimum akımı belirler.Bu değer ne kadar düşük olursa pil o oranda yüksek akım verir.bu arada pillerin şarjı

azaldıkça iç dirençleri artar.

Pilleri Kendi Kendine Boşalması (Self deşarj) :

pilin kullanılmadığı zaman kendi kendine boşalmasıdır.Bu deşarj pilin ömrü için zararlı değildir.Bir pil oda

sıcaklığında her gün %1 oranında boşalır.Her 10 derecelik sıcaklık artışında da bu oran ikiye katlar.

Voltaj Kesilmesi :

Deşarj sonunda pilin voltajının birden sıfıra inmesidir.NiCD pil kullanılan cihazlarda voltaj kesilmesi göz önünde

tutulması gereken önemli bir konudur.Şimdi tipik voltaj profiline bakalım.Eğer voltaj kesme değeri yüksek ise

batarya kullanımdadır.Eğer voltaj kesme değeri çok düşük ise yada yoksa çok çabuk şekilde kapasitesi ve ömrü

düşer ve pilin kutupları ters döner.Tavsiye edilen voltaj kesme değeri deşarj değerine ve kullanım yerini göre

değişebilir.Voltaj kesme değerinin iyi seçilmesi maksimum kapasite kullanımı sağlar.Seri bağlanmış paket pillerde

özellikle hız kontrol ünitelerinde ve fazla akım çekilen yerlerde kullanılan bataryalar yüksek oranda akım

kaybederek boşalırlar.Bu yüksek orandaki deşarj batarya hızla iç direncin deşarj sonuna doğru artması

sebebiyle kutuplarının ters dönmesine ve pilden hiç akım alınamamasına sebep olur.NiCd pillerde deşarj

karakteristiği 23 C derece sıcaklıkta 1C yada 5C deşarj değerinde 0.9 Volta kadardır ve C nin nominal voltu

1.2 voltta iken şarj ve deşarj şartları pilin kapasitesine direkt etki eder.NiCd pillerin voltaj eğrisi deşarj boyunca

çok doğrusaldır ve kullanım boyunca 1.2 voltta neredeyse sabit kalır ancak deşarj sonuna doğru voltaj çok

hızlı bir şekilde düşer.Bunun için kullanım yerine göre piller çok iyi seçilmelidir.

Batarya Ömrü :

Batarya ömrü bir pilin kontrol edilen şartlar altında ne kadar şarj ve deşarj edilebildiğidir.Bir NiCd pil 10 yıl

rahatlıkla kullanabilir.Evet yanlış okumadınız 10 yıl kullanabilirsiniz.Bunun yanında bir NiCd pili 10000 kez

kontrol edilen şartlar altında şarj ve deşarj edebilirsiniz.Ancak dikkat edin kontrol edilen şartlar altında dedik.

NiCd piller aynı teknoloji ile üretilir ve uydularda yaklaşık 20 yıl kullanılır.NiCd pillerin ömrüne etki eden

faktörler sıcaklık,aşırı şarj şartları ve küçük bir etken olarak da deşarjın tipi derinliğidir.Bu etkenler batarya

şarj sayısını ve ömrünü etkiler.NiCd bataryalarda bazen şarj sayısı bataryanın kullanım ömrünü belirler.

Genellikle kapasitesinin % 80 ‘nini vermeyen piller ömrünü doldurmuş olarak kabul edilir.Pilde ilk meydana gelen

arıza seperatörün görev yapmayarak pilin kısa devre olmasıdır.Pil çok kısa bir sürede kendi kendine boşalır.

Bu arada harici olarak kısa süreli meydana kelen kısa devreler pilin sızdırmazlığını sağlayan elemanlara çok

zarar verir.Kısacası şarj değeri,aşırı şarj ortam sıcaklığı,deşarj değeri,pillerin kısa sürede olsa kısa devre

yapılması ve fiziki olarak zarar görmesi pillerin kullanım ömrüne kısaltır.

Batarya Kutuplarının Ters Dönmesi (Reversal) :

Reversal nedir ? Birden fazla pilden oluşan paket piller potansiyel olarak reversal problemiyle karşı karşıyadır.

Bu paket pillerden çekilen akımın derinliğine bağlı olarak pillerden bir tanesinin voltajı sıfıra düşebilir.

Eğer deşarj bu noktada devam ederse voltajı sıfıra düşmüş pilin kutupları yer değiştirir.Yani pozitif kutup

negatif, negatif kutup pozitif olur.İşte bu reversaldır.Öncelikle pozitif kutup tükenir.Deşarja devam edildikçe

kutuplar yer değiştirir.Negatif elektrot pozitif olur ve voltaj -1.4 volta düşer.Bu noktada pil içerisinde hidrojen

gazı üretilir.Hidrojen oksijen gazı gibi hydroxyl ionuna dönüşmediği için pil içerisindeki basınç artar.Bu basınç

sonucu hidrojen gazı dış ortama atılır.Reversala engel olmanın yolu dizayn aşamasında amaca uygun pil

seçmektir.Eğer aşırı akım çekilecekse voltaj kesme değeri yüksek piller seçilmelidir.

Pil Hafızası Yada Voltaj Düşüşü :

Genel inanışın aksine batarya hafızası kapasitedeki kayıp değildir.Batarya hafızası periyodik bir adımdır.

Buna ne sebep olur ?.Gerçekte iki yol voltaj profilinde bir adıma neden olur.Birincisi çok yavaş tam şarj yapmak ve

bundan sonrada sürekli aynı oranda ve sürede pili tam deşarj yapmaktır.Deşarj mutlaka her deşarjda aynı süre

ve akımda olduğu müddetçe bu etki görülür.İkinci ve sık karşılaşılan etki voltaj çöküşü yada diğer adı ile

batarya hafızasıdır.Buna devamlı olarak overnight oranında (Yavaş şarj) aşırı şarj yapmak sebep olur.Eğer

batarya.Eğer batarya yavaş şarjda uzun süre kalırsa aktif madde üzerindeki kristaller büyür.Kristaller büyüyünce

aktif maddenin elektrolitle temas yüzeyi azalır ve bu dahili direncin artmasına sebep olur.Bu arada voltajda düşme

görülür.Voltaj adımı aşırı şarj olan bataryanın ne kadar uzun süre şarj olduğuna ve ısısına bağlı olarak değişik

zamanlarda meydana gelir.Eğer aşırı şarj devam ederse voltaj düşmesi batarya daha tam deşarj olamadan görülür.

Voltaj depresyonu (çökmesi,azalması) etkisi bir yada birkaç normal şarj ve deşarjdan sonra ortadan kalkar.

Günümüzde bataryalarda bu durum çok nadir görülür.*

Azot

06 Kasım 2007

AZOT

Hacim bakımından havanın yaklaşık beşte dördünü oluşturan ve olağan sıcaklıkta gaz halinde bulunan madde.

Amonyak azotu, hidrojen ile birleşerek NH4 kimyasal kökünü oluşturan azot.

Atom sayısı : 7

Atom kütlesi : 14,0067

Erime noktası : -195,8 0C

Kaynama noktası : -210 0C

Havaya göre yoğunluğu : 0,97

Yükseltgeme dereceleri : -3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5

Elektron biçimlendirmesi : [2] s2 p3

İzotopları : 12,13,14,15,16,17

Doğal azot : 14N (%99,65), 15N (%0,35)

Biyokim. Protik azot, bir dokudaki yada biyolojik bir sıvıda proteinlerde bulunan azot miktarı. (proteinlerde ortalama %15-20 azot bulunur) Proteik olmayan azot, bir dokudaki yada biyolojik bir sıvıdaki proteinlerden başka maddelerde bulunan azot.

Çevrebil ve Tarım. Azot dolaşımı, azotun maddeler, bitkiler ve hayvanlar alemi arasında dolaşımından oluşan değişiklikler dizisi.

Petrokim. Azot giderme, doğal gaz içinde bulunan azotun kısmi olarak özütleme. (gelişmiş azot giderme fabrikalarında, doğal gazın içerdiği azotun büyük bölümü -100 0C’da sıvılaştırma ve bölümlü damıtma yoluyla elenerek, gazın ısıl gücünü arttırır.

Özellikleri. 1772’de Daniel Rutherford hava içindeki azotu saptadı. Cavandish bu maddeyi inceledi (1784), Lavoisier de, basit bir cisim olduğunu kanıtladı.

Azot, renksiz, kokusuz ve sıvılaştırılması zor bir gazdır. Çözünürlüğü oldukça zayıftır. 0 0C’ ta bir litre suda ancak 23 cm3 ü çözünür.

Azot, üç değerli bir ametal türüdür. Düşük sıcaklıkta kimyasal etkinlik göstermesi nedeniyle bu şekilde adlandırılmıştır. Öte yandan yüksek sıcaklıkta tek atomlu hale dönüştüğü için etkinlik gösterir. Tepkimelerinden bir çoğu doğada ve sanayide oynadıkları rolden dolayı çok önemlidir. Azot, uygun sıcaklık aralığında hidrojen ile tersinir bir tepkimeye girerek amonyağı oluşturur: N2+3H2=2NH3 tepkime, amonyak oluşurken ısı vericidir, dolayısıyla sıcaklık düştükçe amonyak veriminin artması gerekir; ancak bu kez tepkimenin hızı düşer. Bununla birlikte demir kökenli bir katalizör yardımıyla işlem, 550 0C’ta uygulanabilir. Amonyak oluşturan tepkime, ortamdaki mol sayısının azalmasına yol açtığından, birleşimi kolaylaştırmak için yüksek basınç uygulanır. Bu bileşiğin sanayideki bireşimi işte bu yöntemle gerçekleştirebilir.

Azotun bir başka önemli tepkimesi, oksijenle birleşerek azot monoksit oluşturmasıdır: N2+O2=2NO

Bu tersinir tepkime ısı alıcıdır ve dolayısıyla yüksek bir sıcaklık gerektirir. Gaz karışımı önce bir elektrik arkı üstüne gönderilir; sonra çok düşük nicelikte oluşan oksidin bozunması önlemek için gazlar hızla soğutulur; çünkü 600 0C’ın altında serbest oksijen, azot monoksidi,azot dioksidi dönüştürür;

NO+1/2 O2=NO2 ; bu bileşikten de asit elde edilir.

Ancak bu yöntem, amonyak yükseltgenerek azot monoksit elde edilmesi karşısında önemini yitirmektedir.

Bir gaz karışımının azot içerip içermesiğini anlamak ve azot niceliğini saptamak için eskiden beri kullanılan aşağıdaki araçlara başvurulur: oksijen ve kıvılcım, pirogallik asit, sodyum hidrostid vb. Bu ayraçlarla uygulanan işlemlerden sonra bir gaz artığı kalırsa, bu artık ya azot yada bir soy gazdır. Artık gazlardan azotu, yalnızca kalsiyum yada kızıl hale gelinceye değn ısıtılan magnezyum soğurabilir.

Organik bir bileşikteki azot, bu madde kireçle ısıtılarak belirlenebilir, ve azot genellikle amonyak biçiminde açığa çıkar. Daha güç, ama daha güvenilir bir yol ise, bu bileşiğin küçük bir miktarını sodyum ile ısıtmaktır; azot içeren organik bileşikler bu kez sodyum siyanür oluşturur; sodyum siyanür ise tam yansız çözelti halinde, demir 2 ve demir 3 tuzları karışımına dokunduğunda prusya mavisi çökeltisi oluşturmasıyla tanınır.

Doğal hali, hazırlanması ve kullanım alanları.Azot,serbest halde havanın hacimce %78’ini oluşturur.Minerallerde, nitratlar ve amonyak tuzları biçiminde yer alır.Nihayet proteinlerin, nükleik asitlerin bileşimine girer ve canlı varlıkların organlarında bileşik halinde bulunur.

Sanayide azot, büyük ölçüde bedava ve tükenmez bir kaynak olan havadan üretilir.Genellikle sıvı hava bölümsel damıtmadan geçirilerek azot elde edilir.Bu element gübre üretiminde ve özellikle amonyağın bireşiminde çok büyük miktarlarda kullanılır.Sözkonusu üretim yöntemlerinde kullanılan azotun ,kaktalizörlerin O2, CO ve CO2 gibi zehirlere karşı duyarlılığı nedeniyle oldukça arı olması zorunludur. Ayrıca kalsiyum karbür üzerine azotun etkimesiyle elde edilen kalsiyum siyanamit üretimi de çok arı azot gerktirir. Öte yandan, istenmeyen tepkimeleri önlemek için azottan çoğu kez koruyucu ve yansız gaz olarak yararlanılır. Patlama tehlikesine karşı tutuşabilir sıvıların depolanmasında ve haznelerden basınç altında gaz aktarılmasında da azot kullanılır.Çeşitli maddelerin oksijenle bozunmasını engellemek için besin ve dokuma sanayilerinde azot geniş ölçüde tüketilen bir maddedir.

Azotun metal bileşikleri. Azot az çok yüksek sıcaklıklarda çeşitli metallerle birleşerek ya amonyağın ornatma türevleri olan nit rürleri, yada azotür asidin ( HN3) tuzları olan azotürleri oluşturur. Üç tür nitrür vardır: iyonik, ortak değerlikli, ara durumlu. İyonik nitrürler N3 iyonu içerir.Bu türler arasında Li3N, Na3N (patlayıcı), Ca3N2 gibi alkali yada toprak alkali nitrürler sayılabilir.Bu bileşikler hidrolizlendiğinde hidroksit ve amonyak verir. Ortak değerlikli nitrürlere örnek olarak,alüminyum nitrür (AlN) ile graft yapısındaki bor nitrür (BN) gösterilebilir.bor nitrür, hem cam döküm kalıplarına camın yapışmasını önler, hem de potalarla astar olarak kullanılır; çünkü erimiş demir bor nitrürü ıslatmaz. Ara durumlu nitrürler, geçiş metalleriyle oluşur ve örnek olarak Fe4,Mn4N verilebilir.Sert olarak bu bileşiklerin erime noktaları yüksektir; iyi iletkendirler ve görünümleri metallere benzer.

Azot oksitleri. Bu bileşiklerin sayıosı oldukça kabarıktır: diazot monoksit yada azot hemioksit (N2O),azot monoksit (NO),diazot trioksit yada nitrit anhidrit yada azot seskioksit (N2O3),azot dioksit yada diazot tetraoksit (NO2) ve diazot pentaoksit yada nitrik anhidrit (N2O5).Bütün bu oksitler elementlerinden elde edildiklerinde ısı alıcıdır; bu nedenle orta sıcaklıkta az kararlıdırlar. Bozunmaları sırasında oksijen verdiklerinden yükseltgen rolü oynayabilirler; örneğin hepsi tutuşturulmuş kömürün tümüyle yanmasını sağlayabilir.Hidrosen, azot oksitlerini indirgeyerek azot ve su verir; bu tepkime pilatin süngeri katalizörlüğünde gerçekleştirilirse amonyak oluşur

Bütün bu bileşikler arasında yalnızca azot monoksit, kendi elementlerinden doğrudan doğruya elde edilebilir.

Diazot monoksit, azot oksidül yada azot protoksit (N2O) 1776’da Priestly tarafından bulundu.Renksiz ve kokusuz bir gazdır; havaya göre yoğunluğu 1,53’tür;sıvılaştırılması çok kolaydır ve -89 0C’ta kaynar; ayrıca suda oldukça çok çözünür.

Solunum yolu ile alındığında önce beyinde bir gülme uyarısına yol açar; bu nedenle Davy bu oksite güldürücü gaz adını vermiştir. Güldürme etkisinin ardından anestezik etkileri görülür ve özelliği kimi cerrahi işlemlerde kullanımını sağlar. Isı etkisiyle kolayca bozunarak elementlerini açığa çıkarır. Akkor bir cismin dokunuşu ile başlayan bu bozulma üçte bir oranında oksijen içeren bir azot ve oksijen karışımı verir. Dolasıyla kükürt, fosfor, karbon, magnezyum gibi yanıcı maddeler tutuşturularak daldırılırsa bu gaz içinde de canlı parlaklıkla yanmalarını sürdürürler. Azot protoksit, bir noktasından için için yanan bir tahta parçasını yeniden alevlendirir; ancak oksijenden farklı olarak yavaş yanmayı sürdürmez ve soğukta beyaz fosforca soğurumaz; ayrıca azot monoksit ile kırmızı duman vermez.

Azot monoksit. 1772’de Hales ve Priestley buldu; kokusu belirsiz, renksiz bir gazdır; havada tutulduğunda azot diokside (NO2) dönüşür. Yoğunluğu 1,04 olan azot monoksidin sıvılaştırılması zordur (kaynama noktası -150 0C); suda çok az çözünür. Soğukta kararlı değildir; kızıl derecede tümüyle bozunur. Bu nedenle yakıcı özellikler taşır; ama cisimlerin azot monoksit ile yanabilmesi için daha yüksek bir sıcaklığa değin ısıtılması gerekir. Nitekim, kibrit, azot monoksit, içinde söner. Oksijen ile temas ederse yükseltgenerek nitrit anhidrit ve azot dioksit verir. Tersine bir tepkime ile oluşan yükseltgenme ürünlerinin oranları, oksijen miktarına ve sıcaklığa bağlıdır. Nitrit anhidrit ancak soğukta elde edilebilir.

Bu özelliği nedeniyle azot monoksit indirgen bir gazdır. Potasyum permanganat, derişik nitrik asit vb. ile tepkimeye girer. Halojonlerle tepkimesi nitrozil halojenürleri oluşturur. Isı veren bu tepkime 40 0C dolayında klor ile etkin alüminyum eşliğinde gerçekleştirilir ve aşağıdaki denklemle gösterilir;

2NO+Cl=2NOCl

Sanayide, elementlerinin elektrik arkında doğrudan bireşimi yoluyla yada amonyağın katalitik yükseltgenmesiyle elde edilir; ama oluşumunun hemen ardından nitrik yada nitrit aside dönüşür.

Azot dioksit. Azot dioksit, -10 0C’da renksiz kristaller halinde katılaşır. 0 0C’ta doğru uçuk sarı renkli bir sıvıya dönüşür; ama sıcaklık arttıkça kırmızı duman çıkararak daha koyu bir renge bürünür. 21 0C’ta kaynar. Isıtıldıkça dumanı daha da koyulaşır ve saydamlığını yitirerek opaklaşır. Aynı zamanda yoğunluğuda giderek azalır. Bu belirgin nitelikleri iki ayrı molekül türünün varlığıyla açıklanır; dimer (N2O4), renksiz ve soğukta kararlıdır; monomer (NO2) oldukça renklidir; sıcakta tersine tepkime monomer oluşumu yönünde gerçekleşir; N2O4 = 2NO2 130 0C’da tam bir ayrışma doğar. 180 0C ile 600 0C arasında NO2 molekülü azot monoksit vererek ayrışır; NO2 NO+1/2 O2

Bu tepkimeden azot dioksidin yakıcı ve yükseltgen özelliklerinin azot monokside göre daha belirgin olduğu anlaşılır. Bu bileşik uçucu ve yanıcı bir sıvıyla (benzin, karbon sülfür) karıştırılırsa, panklastitler denen şiddetli patlayıcıları oluşturur. Ayrıca uzay roketlerinde ergol olarak kullanılır. Suya karşı karma bir anhidrit gibi davranır; 0 0C’da nitrit asit ve nitrik asidin bir karışımı elde edilir; 2NO2+H2O→HNO2+HNO3. Alkali çözeltiyle nitrit ve nitrat oluşturur. Azot dioksit olağan sıcaklıkta suyla tepkimeye girerse, nitrit asit bu sıcaklıkta bozunacağından, tersinir bir tepkime uyarınca nitrik asit ve azot monoksit ortaya çıkar;3NO2+H2O→ 2HNO3+NO

Nitrit anhidrit→ Nitrit

Nitrik anhidrit→ Nitrik

Gaz ve sıvı azot. Gaz azot, hem bireşim etkeni, hem de yansız gaz olma özellikleri nedeniyle geniş bir kullanım alanı bulur. Sıvı haldeki azotun ise soğutucu sıvı olarak (olağan kaynama noktası 77,3 K, yaklaşık -196 0C) pekçok uygulama alanı vardır ve örnek olarak şunları verebiliriz; besin sanayisi alanındaki uygulamaları; tıptaki uygulamaları, sanayi alanındaki uygulamaları. Sıvı azot, binlerce metreküplük depolarda stoklanır ve onlarca metreküplük tankerlerle taşınır.

Çevrebil. ve Tarım. Son derece karmaşıklığına karşın, azot dolaşımı biyosferin en iyi bilinen büyük madde dolaşımlarından biridir.

Canlı maddedeki azot, özellikle proteinler, atmosferdeki azottan gelir, çeşitli süreçler sonunda organik bileşiklerin yapısına girer. Tutma, bağlama denen bu ilk aşamayı amonyaklaşma ve nitratlaşma izler; böylece nitrit ve nitrat biçiminde mineralleşen bu azotlu bileşikler doğrudan doğruya bitkilerce soğurulabilir. Eğer nitrat bozma süreci olamasaydı, bir başka değişle, tutunmuş olan azotun bir kısmı nitrat bozma süreciyle atmosfere geri dönmeseydi bu dolaşım tamamlanamazdı.

Havadaki azotun tutulması çeşitli biçimde olabilir; azotun en büyük bölümünü toprağa çekip alabilen etmen mikroorganizmalardır. Bunların en iyi bilinen ve en bol olanları arasında topraktaki serbest ve aerobi bakteriler yada anaerobi bakteriler bazı mavisuyosunları ve baklagillerdeki ortakyaşar bakterilerdir. Bu sonuncular çok önemlidir, çünkü toprağa en çok azotu bunlar sağlar; örneğin bir yonca tarlasında toprağa giren azot miktarı yılda hektar başına dörtyüz kilogramı bulur. Bugünkü durumda önem sırası açısından ikinci sırayı sanayi gübrelerindeki azot alır; onun ardından daha az oranda olmak üzere elektro kimyasal (gökgürültülü sağanaklar) ve fotokimyasal süreçler gelir. Bu yollarla değişikliğe uğrayan azot genellikle nitrat biçiminde girerek, üstün yapılı bitkilerce proteinlerin sentezinde kullanılır.

Topraktaki azotun %95’ten fazlası durağan humusta yer alır ve mineral maddelere çok sıkı bağlandığından mikroorganizmaların eyleminden çok az etkilenir. Bir başka organik bölük, ölü yada canlı mikroorganizmalar ve kimilerince “geçici ürünler” diye adlandırılan, çözülme yada bireşme yolundaki basit metobolitler gibi değişken organik maddelerdir. Son olarak, organik azot henüz değişime uğramamış olan taze bitkisel ve hayvansal atıklarda bulunur.

Proteinlerin aminoasitlere parçalanmasından sonra yeralan amonyaklaşma sonucunda aminoasitlerden amonyak biçiminde azot ortaya çıkar. Bunuda en başta bakteriler ve mantarlar yapar.

Amonyak biçimindeki azot bitkilerce soğurulabilir, ama amonyak aynı zamanda dışbeslek mikroorganizmalar içinde aranan bir besindir. Amonyaksal azot topraktaki emici mekanizma ile alıkonulur ve sularla akıp gitmesi önlenir. Bazı killi topraklarda bir geri dönüş sürecine de uğrayabilir.

FOSFOR

Elementler tablosunun VA kolonunda ikinci element olarak yeralan bir ametal. (simgesi P olan kimyasal element)

1669’da, Hamburg’da Hennig Brand tarafından idrarada bulunan fosfor, daha sonra Johann Kunchel ile Boyle tarafından elde edildi. Schale ise kavrulmuş kemiklerden fosfor üretmenin yöntemini gösterdi.

Fosfor, birçok allotropu olan çok biçimli bir katıdır; allotrupları arasında en çok bilinenleri, oldukça farklı fiziksel özellikler taşıyan beyaz ve kırmızı fosfordur. Beyaz fosfor amber renginde, yarı saydam, yumuşak, sarımsak kokulu ve kübik sistemde kristalleşen bir katıdır; 44,10C’ta erir ve yeniden soğutulduğunda kolayca aşırı erimiş durumda kalır. Su ve alkolde çözünmemesine karşın, karbon sülfür benzen ve sıvı amonyakta çözünür. Çok kuvvetli bir zehir olduğundan birkaç santigram dozda bile öldürücüdür. Fosfor buharının ani soğutulmasıyla elde edilen beyaz fosfor, soğukta yarı kararlı bir maddedir.

Kırmızı fosfor pembeden mora kadar değişen çeşitli renkler alır. Yoğunluğu 2,2 olan bu elementin, belli bir erime noktası yoktur; ancak 417 0C’da, 1 atmosfer buhar basıncında süblimleşir. Beyaz fosforun çözücülerinde çözünmemesine karşın, yalnıca erimiş kurşunda çözünür. Ayrıca zehirli de değildir. Soğukta, beyaz fosfordan daha kararlıdır; çünkü beyaz fosfor ışıklı bir ortama bırakıldığında ağır ağır kırmızı fosfora dönüşür; bu dönüşüm ılımlı bir ısıtmayla hızlandırılır.

Atom sayısı : 15

Atom kütlesi : 30,97

Erime sıcaklığı (beyaz fosfor) : 44,1 0C

Kaynama sıcaklığı (beyaz fosfor): 280 0C

Özgül kütlesi : 1,82 g/cm3

Yükseltgeme dereceleri : -5,-3,+3,+5

Elektron biçimlendirmesi : [2,8] s2 p3

İzotopları : 28-34

Doğal fosfor : 31P : %100

Fosfor buharı, 1000 0C’a dek dörtatomlu, 1700 0C’ta dek ikiatomlu, daha yüksek sıcaklıklarda ise biratomludur. Beyaz fosfor ile kırmızı fosfor hemen hemen aynı kimyasal özellikleri taşır, bununla birlikte beyaz fosfor, çok şiddetli tepkimeler verir.

Fosforun Kimyasal Özellikleri. Fosfor, dönemli elementler sınıflandırmasında VB kolonunda kendinden önce gelen azota benzer ve onun gibi hemen tümüyle ortak değerlikli bağlar oluşturan beş değerlik elektron içerir. Ayrıca fosforun 3d yörüngeleri elverişli olduğundan tüm değerlik elektronları, PCl3’de olduğu gibi, üçgen çift piramit biçimindeki bir düzenlemenin beş bağını vermek üzere kullanılabilir. Fosforu, azottan ayıran temel özellik, çok tepkin olmasıdır. Pekçok maddeyle birleşir ve çoğu kez şiddetli tepkimeler verir. Oksijene karşı gösterdiği ilgi, kuvvetli bir indirgen olduğunun belirtisidir. Gaz halinde, dörtyüzü olan fosfor molekülü, kararsızdır; aşağıdaki tepkimeye göre tersdeğişime uğrayarak +1 ve -3 yükseltgenme dereceli bileşikler verir.

P4+6H2O→PH3+3H3PO2

Öte yandan fosforun artı yükseltgenme derecelerine denk düşen serbest zayıf entalpleri, çok zayıf yükseltgen cisimlerin bile fosforu her zaman fosforik aside (H3PO4) yükseltgeyebileceğini gösterir. Fosfor, azaltan daha az elektronegatifdir; NH3’le aynı yapıda olan PH3’ü oluşturmak hidrojenle doğrudan birleşmez.

Fosfor yanıcıdır; beyaz fosfor 50 0C’ta doğru havada alev alır; kırmızı fosfor ise ancak 400 0C’a doğru tutuşur. Göz kamaştırıcı bir alevle yanarak büyük bir ısı yayar; yanma sonucunda fosforik anhidrit açığa çıkar. Öte yandan beyaz fosfor da soğukta havada yavaş yavaş yanar; tepkime sırasında fosfit asitinin anhidritine verir; karanlıkta mavimsi solgun bir ışık yayar ve adınıda bu ışıktan alır. Beyaz fosfor, yükseltgenmesi ısı verici olduğundan genellikle kendiliğinden tutuşur. Bu nedenle beyaz fosforu su dolu kaplarda saklamak gerekir; ayrıca bu maddeye elle dokunmak tehlikelidir.

Fosfor Bileşikleri.

Halojenli bileşikler. Fosfor flor, klor yada bronla birleştiğinde yanarak üç yada beşdeğerlik halojenürleri verir. Benzer özellikler taşıyan bu farklı bileşiklerin en önemlileri, asit klorürler gibi davranan sıvı fosfor triklorür ile katı fosfor pentaklorürdür. Pentaklorürün kararsız oluşu, bir bileşiğin organik kimyada klorürleyici bir etken olarak kullanılmasını sağlar.

Hidrojenli bileşikler. → Fosfin ve fosfür

Oksijenli bileşikler. Fosfor, hidrojenle pekçok bileşik oluşturur; bu bileşikler anhidritler ile anhidritlerin hidratlanması sonucu elde edilen asitler yada bu asitlerden suyun kısmen giderilmesiyle oluşturulan yoğunuşmuş asitlerdir. İkili bileşikler arasında fosfit aside anhidriti (P2O3), ortofosfit asidi (H3PO3), ortofosforik asit (H3PO4); yoğuşmuş asitler arasında ise hipofosforik asit (H4P2O6), Pirafosforik asit (H4P2O7) ve metafosforik asit (HPO3) sayılabilir. Bunların en önemlileri fosforik asitlerin bileşikleridir.

Fosfik bileşikleri. Formülü gerçekte (P4O6)’dan fosfit asidi anhidriti (P2O3), hafifçe ısıtılan fosfor üzerinden kuru hava akımının geçirilmesiyle elde edilir. Havada yavaş yavaş yükseltgenir ve fosforışı özellikler gösterir. Suda çözünerek fosfit asidi (H3PO3) verir.

Fofik asidi, suyun fosfor triklorür üzerine etkimesiyle de kolayca elde edilir; ısıtıldığında bozunarak ortofosforik asit ve fosfine dönüşür. Bu nedenle, indirgen özellikler taşır. Bu bileşik, fosfit asitlerle yansız fosfitleri veren bir diasittir.

Biyokim. Temel biyolojik önemi çok büyük bir kimyasal element olan fosfor canlı organizmada çeşitli hallerde bulunur. Vücuda besinler (et,yumurta sarısı, tahıl vb) yoluyla alınır; soğurulması ve vücuda dağılması daha çok vitamine (D vitamini) ve hormonlara (paratiroit hormonları) ve biraz da gazyumun soğurulmasına bağlıdır; fosfor ve D vitamini eksikliği, bir de hiperparatroidi iskelette minerallerin gittikçe azalmasına yol açar.

Çevrebil. Fosfor, yayılabileceği ortamlara aşırı ölçüde atıldığı zaman karalardaki sularda önemli ölçüde kirlenme yapabilir; besinle kirlenme. Fosfor sularda özellikle fozfat biçiminde bulunur; ortofosfatlar, yoğun fosfatlar ve organik fosfatlar. Suların fosforla kirlenmesi tarımda büyük miktarlarda kullanılan fosfatlı gübrelerin sularla yıkanıp taşınmasından ve deterjanların sulara karışmasından ileri gelir. Aslında fosforun yalnız humuza ve topraktaki mikroorganizmaların bünyesine yerleşmesi onun bitkilerce hızlı özümlenebilen biçimini oluşturur. Bu nedenle humuz birikmesine özen göstermek ve toprakta en yüksek düzeyde mikroorganizma etkinliği sağlanmasına dikkat etmek çok önemlidir, çünkü fosfatlı gübre kullanılması, uzun vadede, toprakların kötü kullanılması yüzünden meydana gelen, fosfor kayıplarını karşılayamaz. Doğada en önemli fosfor kaynağı fosfat taşıdır. Fosfor bitkiler aracılığıyla fosfat biçiminde beslenme zincirlerine (karada ve suda) girer. Döküntücül zincirler sayesinde organik maddenin mineralleşmesi çevrimi tamamlar. Su kuşlarının dışkılarının birikmesiyle oluşan bu guano, deniz kökenli fosforun kara ekosistemlerine geçişinin en tipik örneğidir.

Patol. Zehirlenmeye neden olan sadece beyaz fosfordur; bunun yerini kırmızı fosforun alması, meslek zehirlenmelerine ender hale getirmiştir. Akut fosfor zehirlenmesi (intihar, ilaçla zehirlenme) başlangıçta bir sindirim ecresiyle kendini belli eder (kusmuğu karanlıkta görülebilen sarımsak kokulu kusmalar, boğazda kuruluk, midede yanmalar, karın ağrıları, heyecan, terlemeler), bunun arkasından karaciğer yetersizliği ve sinirsel bozukluklar gelir. Süreğen fosfor zehirlenmesi (meslek zehirlenmesi) çene kemiklerinin nekrozu ile kendini belli eder.

Tarım. Fosfor, bitkiler için muhakkak gerekli ve verimli arıtıcı önemli bir elementtir. Bitkinin büyük fizyolojik işlevlerinin çoğunda rol alır. Fosfor eksikliği, bitkinin metabolizmasında büyük bozukluklar yaratır. Topraktaki fosfor yedekleri, bitkiler tarafından az çok kolaylıkla alınabilecek biçimlerde bulunur. Bunlar şöylece sıralanabilir; erimez mineral fosfor, organic fosfor, yüzde tutulan fosfor ve erimiş fosfor; bu son ikisi bitkilerce özümlenebilen fosforu oluşturur. Bu biçimlerden birine yada ötekisine geçişler karmaşık dengelerle sağlanır. Ekilil toprakların çoğunda yüzde tutulan fosforla, erimiş fosfor arasında çok kolay ve hızlı değiş tokuşlar olduğu kabul edilmektedir. Bu değiş tokuşlar şunları sağlar; hem erimiş fosfor bitkilerin kökleri tarafından alındığı zaman eksilen erimiş fosfor miktarı hızla tamamlanır, hem fosfatlı gübre verildiği zaman erimiş fosfor halinde yedekler birikir. Verimi arttırıcı maddelerdeki (gübreler) fosfor oranları fosforik anhidrit (P2O5) cinsinden ifade edilir.

Fosforun allotropik şekilleri. Fosforun, beyaz fosfor, kırmızı fosfor ve metalik fosfor isimleri verilen üç tane alltropu vardır. Metalik fosfor önemli olmadığı için biz diğer ikisiyle ilgileneceğiz.

Beyaz fosfor kapalı demir kaplarda 250-3000 arasında ısıtılarak kırmızı fosfora dönüştürülür. Kırmızı fosfor 6000 civarında ısıtılır, meydana gelen fosfor buharları yoğunlaştırılırsa beyaz fosfor ele geçer.

Beyaz fosfor P4 moleküllerinden meydana gelmiştir. E.n=440,K.n=2800, karbon sülfürde ve organik eritkenlerde eriyebilen çok zehirli bir maddedir. Kendiliğnden tutuştuğu için su altında saklanır.

Kırmızı fosfor molekülleri pek çok ve belirsiz sayıda P atomlarından meydana geldiği için formulü Px şeklinde yazılabilir. Hiçbir eritkende erimez, zehirli değildir, kendiliğinden tutuşmadığı için, açıkta saklanabilir.

ARSENİK

Birçok metal cevherinde bulunan, metal görünümlü basit madde. (simgesi As olan kimyasal element).

Şiddetki bir zehir olan arsenik anhidrite verilen ad.

Zehirli arsenik bileşiklerinin her çeşidi.

Atom numarası : 33

Atom kütlesi : 74,92

Özgül kütle (kararlı tür) : 5,7 g/cm3

36 atmosfer altında erime sıc. : 817 0C

Elektron biçimlendirmesi : [2-8-18] s2 p3

Yükseltgenme dereceleri : -3,+3,+5

İzotopları : 70-75-79

Doğal arsenik : 75As : %100

Metal ve ametaller arasında ara özellikler taşıyan arsenik, fosforla pek çok yönden benzerlikler gösterir ve bir çok allotropu bulunan bir katıdır. Allotroplarına örnek olarak şunlar verilebilir; gri yada metal arsenik, romboedrik √ biçimli en yaygın türüdür; özgül kütlesi 5,72 g/cm3’tür; atmosfer basıncında 630 0C’a doğru erimeden süblimleşir ve bilinen çözücülerde çözünmez; siyah arsenik β biçimli, amorf görünümlü bir maddedir; özgül kütlesi 4.7 g/cm3’tür; ısıtıldığında gri yada metal arseniğe dönüşür; sarı arsenik, kararsız, kübik ∞ biçimli bir bileşiktir; arsenik buharının ani ve aşırı soğutulmasıyla elde edilir; yoğunluğu arsenikten düşüktür ve karbon sülfürde çözünür. Arsenik buhası ise sarıdır ve 1000 0C’a kadar As4 molekülü biçimindedir. Arsenik, havada yavaş yavaş yükseltgenerek donuklaşır; kurşuni mor bir alevle yanar ve arsenik Ш oksit (As2O3) verir; halojenlere dokunursa tutuşur; kükürt ve çeşitli metallerle bileşikler oluşturur.

Arseniğe, hemen hemen bütün doğal metal sülfürlerde rastlanır; ama başlıca cevherleri birer arsenik sülfür olan turuncu realgar (As2S2) ile limon sarısı orpiment (As2S3), metal arsenürler ve mispikel (FeAsS) gibi arsenosülfürlerdir.

Bu elemente çoğu kez bakır, nikel ve kalayla birlikte rastlanır. As2O3 oksidini elde etmek için bu metallerin özütlenmesi sırasında yoğuşan duman tozları toplanarak işlenir; ham ürün arsenit oluşumunu önlemek için galen eşliğinde süblimleştirilerek oksit arılaştırılır. Ardından bu oksit, hamdemirden yapılmış karnilerde karbonla indirgenir.

Arsenik Ш oksit (As2O3). Arsenik bileşiklerinin en önemlisidir; halk arasında yanlış adlandırmayla beyaz arsenik hatta yalnızca arsenik denir. Suda az çözünen, kokusuz, beyaz bir tozdur; koyu kırızı oluncaya değin ısıtılırsa, süblimleşir. İkisi kristal biçiminde olmak üzere üç türü vardır; kübik anhidrit soğukta kararlıdır; monoklinik anhidrit 250 0C’a doğru oluşur; biçimsiz (amorf) anhidrit renksiz ve yarı saydamdır, arsenik buharının 400 0C’a doğru yoğuşmasıyla elde edilir. Sonuncu anhidrit, soğukta küçük kristallerin oluşumu nedeniyle yavaş yavaş donuklaşır ve bu görünümünden dolayı porselenimsi anhidrit adı verilir. Arsenik Ш oksidin buhar yoğunluğu, As4O6 formülüyle gösterilir.

Arsenik Ш oksid, sıcakta hidrjen yada karbonla indirgenerek arsenik oluşturulabilir. Çözünmüş halde serbest oksijenle tepkimeye girmese bile nitrik asit, klorlu su ve hipokloritler gibi maddelerle yükseltgenerek arsenik aside dönüşür; bu niteliği nedeniyle klor ölçümünde kullanılır. Arsenik Ш oksidin çözeltisi arsenit asidinin (H3AsO3) özelliklerini taşır; bu asit serbest halde bulunmasa bile, tuzlarını oluşturan arsenitlerle tanınır. Öte yandan aynı asit gümüş nitratla tepkimeye girerek sarı, gümüş arsenit çökeleği, bakır sülfatla da elma yeşili bakır arsenit çökeleği yada Scheele yeşilini verir.

Arsenik asit ve arsenik anhidrit. Arsenik anhidrit (AS2O5) beyaz bir tozdur ve arsenik asit koyu kırmızıya değin ısıtılarak elde edilir. Olağan arsenik asit yada ortoarsenik asit (H3AsO4) ise, arsenik Ш oksit, nitrik asit yardımıyla yükseltgenerek üretilir. Bu asit, fosforik asitle büyük bir benzerlik gösteren ve fosfatlarla eşyapılı tuzlar veren bir triasitttir. Sözkonusu tuzlar arasında ortoarsenatlar, piroarsenatlar ve metaarsenatlar sayılabilir. Bununla birlikte arseniğin sodyum trimetafosfata benzer bir bileşiği yoktur.

Arsenik hidrür. AsH3 formülüyle gösterilen arsenik hidrür gazı, hidrojen bulunan bir şişe içine bir arsenik oksit gönderilerek oluşturulur. Bu bileşik sarımsak gibi kokan, renksiz ve çok zehirli bir gazdır.

Arsenik ve bileşiklerinin kullanımı. Arsenik arı olarak çok az kullanılır, av saçması üretimindeki kullanımı örnek verilebilir. Bununla birlikte bileşiklerinin özellikle tıpta büyük önemi vardır. Arsenik Ш oksitten (As2O3), diş sinirlerinin alınmasında yararlanılır. Pulpa dokularına dokunduğunda birkaç gün içinde nekroza yol açar; dolasıyla diş hekiminin pulpektomi uygulamasına olanak sağlar. Canlı, sarı bir rengi olan trisülfür yada orpiment boyacılıkta kullanılır. Arsenik Ш oksitten zehirli madde üretiminde, özellikle fare öldürücü ilaçlar yapımında, ayrıca cam temizlemede yararlanılır. Günümüzde kullanımı yasaklanan Scheele yeşili ve Schweinfurt yeşili önemli pigmentlerdir. Kalsiyum ve kurşun arsenatlar ise böcek öldürücü ilaçlardır.

Fizyol. normal arsenik. Armand Gautier (1898-1902) organizmada hücrelerin yapı taşı olan organik bileşikler halinde çok az miktarda arseniğin herzaman var olduğunu gösterdi. Fizyolojik rolü, iyi bilinmekle birlikte, büyük bir olasılıkla katalitik türdendir.

Toksikol. Arsenik anhidritin zehirleyici dozu, kilogram başına 2 mg, yani 60 kg’lık bir insan için 0,120 gr’dır. Klasik Marsh yöntemi ile arseniğin varlığını ve miktarını belirleme, organik maddenin yıkımına, ve sonra arsenikli hidrojen taşıyan arsenik bileşiğine indirgeme ilkesine dayanır. Bu işlem sırasında ya yükseltgenme yoluyla yada renkli tepkimeler sonucunda ikincil olarak arsenik oluşur. A.Gautier ve G.Bertrand tarafından daha da geliştirilen bu yöntem, miligramın binde yarımı kadar arsenik miktarını bile ortaya çıkarma olanağı verir.

Cribier yöntemi, civaklorür emdirilmiş bir kağıdın, arsenikli hidrojenin etkisi altında kahverengi-sarıya boyanması ilkesine dayanır. Altı ay bozulmadan duran bu leke, bilenen arsenik eriyikleriyle yapılmış olan bir dizi lekeyle karşılaştırılır. Bu tekniğin inceliği miligramın binde biri, yani gamma dolayındadır.

Yavaş zehirlenme durumlarında arsenik kemiklerde ve fanerlerde (özellikle saçlarda) yer eder. Yapay radyoaktiviteye dayanan Griffon ve Barbaud yöntemi arseniğin saçlardaki dağılımını ortaya çıkarma ve inceleme olanağı verir ve saçların büyüme hızı bilindiğinden zehirlenme dönemlerini yaklaşık olarak belirlemeyi sağlar.

Arsenik arama yöntemlerinin inceliği ve kesinliği ne olursa olsun, sonuçların yorumlanması ve adli tıp açısından çok nazik bir sorundur. Çünkü arsenik hem ilaç olarak seyrek kullanılmaktadır, hem bazı maden sularının içinde vardır, hemde toprakta kilogram başına yarım miligram dolayında bulunmaktadır. Akut zehirlenmeyi sindirim borusunda, karaciğerde ve böbreklerde arsenik bularak kanıtlamak ne kadar kolaysa, yarı akut yada süreyen bir zehirlenmeyi kanıtlamak, hele saçlardaki oranı, kişiye göre değişmekle birlikte 6 ambnin altındaysa, o kadar zordur.

ANTİMON

Arseniğe çok benzeyen katı cisim. (Sb simgeli kimyasal element)

ANSİKL.Kim. İlk çağda antimon metalinin tanındığı kuşkuludur; en azından Yunanlılar’ın stimmi ve Romalılar’ın stibium adını verdikleri sülfürüyle karıştırılıyor, altınla kolayca alaşım oluşturmasından dolayı, soy metal özellikleri taşıdığı sanılıyordu. Gerçek özelliklerini ise, ilk kez XV.yy’da Basile Valantin betimledi.

Özellikleri. En yaygın biçimiyle antimon, metallere benzeyen ama kolay kırılan ve toz haline gelebilen gümüş beyazlığında bir katıdır. Yavaş yavaş soğutulduğunda, arseniğin eş yapılı romboedrleri biçiminde kristalleşir. Ayrıca gri antimon ve sarı antimon gibi başka allotropi türleri bilinmektedir.

Kimyasal açıdan, metallerle ametaller arasında yer alan bir metalimsi yada yarımetaldir. Dönemsel sınıflandırma çizelgesinin azot gurubuna bağlıdır ve büyük benzerlikler gösterdiği arsenikten hemen sonra gelir. Klor içinde tutuşur ve oksijende yanarak Sb2O3 oksidini verir. Derişik nitrik ve sülfürik asitlerde çok yavaş çözünür.

Atom numarası : 51

Atom kütlesi : 121,75

Özgül kütle : 6,6 g/cm3

Erime sıcaklığı . : ˜630 0C

Kaynama sıcaklığı : 1/750 0C

Yükseltgenme dereceleri : -3,+3,+5

Elektron biçimlendirmesi : s2 p3 2-8-18-18

İzotopları : 116-121-122-123-124

Kararlı izotoplar : 121-123

Doğal antimon : 121Sb : %57,25 – 123Sb : %42,75

Antimon doğada oksitler biçiminde bulunur; ama ana cevheri, stibin denilen ve Sb2S3 formülüyle gösterilen bir sülfürdür.

Stibinin işlenmesi. Stibin önce eritilerek zenginleştirilir ve %90’ın üstünde sülfür elde edilir. Ardından, bir dikey fırında kavrularak uçucu Sb2O3 oksidi üretilir ve yoğuşturulur. Daha sonra bu oksit, bir yansımalı fırında indirgenir. Elde edilen antimonda belli sayıda katışkı bulunur; dolayısıyla uygun eriticilerde eritilerek arıtılır.

Oksitli cevherlerin işlenmesi. Cevher, dairesel kesitli su soğutmalı bir dikey fırında kömürle doğrudan doğruya indirgenir ve elde edilen katışkılı antimon arıtılır.

Kullanım alanları. Antimon arı halde kullanılmaz; ama çok sayıda metalle alaşım yaparak onları sertleştirir. Ayrıca kurşun ve kalayla yaptığı alaşım matbaa harflerinin üretiminde kullanılır. Öte yandan çeşitli beyaz metal alaşımlarında yer alır ve çinkoyla birlikte sofra takımları üretiminde kullanılan “ingiliz metali”ni oluşturur. 124 kütle sayılı izotopu, boru hatlarında debi izleyisici olarak yararlanılan radyoaktif bir maddedir.

Uzun süre kusturucu ve müshil olarak yararlanılan antimon, bugün ilaç değerini yitirmiş ve dolayısıyla antimonatların eczacılıkta kullanımından vazgeçilmiştir.

Antimon bileşikleri.

Antimon oksitleri. Bilinen üç oksidi vardır. Antimon Ш oksid doğal halde bulunur; öte yandan antimon yakılırsa bu oksit elde edilir. Alkalilere etkiyerek antimonikleri oluştururken asit rolü oynar, ama kuvvetli asitlere karşı bazik oksit davranışı gösterir. Potasyum hidrojen tartaratta çözünerek, kusturucu olarak kullanılan emetik’i verir. Sb2O4 formülüyle gösterilen antimon ІV oksit doğal halde bulunur ve servantit adını alır; bu bileşik kristalleşmiş bir katıdır ve ısıtılırsa antimon Ш oksit elde edilir.

Antimon V oksit sarı bir tozdur ve antimonun nitrik asitle tepkimeye girmesi sonucunda oluşan ürünlerin suyu giderilerek elde edilir. Bu oksit, tuz olarak antimonatları veren çeşitli asitlere karşılık düşer.

Antimon klorürleri. Triklorür, SbCl3 formülüyle gösterilir ve hidroklorik asidin stibine etkimesi sonucunda elde edilir; suda kısmen bozunarak, beyaz antimonil klorür (SbOCl) çökeleği verir.

Klorun antimonla tepkimeye girmesi sonucunda oluşan pentaklorür (SbCl5) ise, sarı bir sıvıdır. Bu bileşik ısıtılırsa triklorüre dönüşür ve klor gazı açığa çıkar.

Antimon sülfürler. Doğal trisülfür (Sb2S3), stibin adını alır; bu bileşik akkor dereceye dek ısıtıldığında uçuculuk kazanan, kurşini renkte ve kristal biçiminde bir katıdır. Aynı sülfür, hidrojen sülfürün triklorüre etkimesi sonucunda da elde edilebilir; bu tepkimede, amonyakta çözünmeyen, ama alkali sülfürlerde çözünen koyu turuncu bir çökelek biçiminde ortaya çıkar. Trisülfür havada ısıtıldığında yükseltgenerek oksisülfüre dönüşür ve bu madde eskiden koyu turuncu pikment olarak kullanılırdı.

Pentasülfürün (Sb2S3) varlığı kesin değildir. Ancak buna yakın ticari bir ürün kauçuğun kükürtlenmesinde kullanılır; bu maddeyi elde etmek için kükürt ile trisülfür (Sb2S3) sudkostik çözeltisi içinde kaynatılır ve oluşan bileşik hidroklorik asitle çökeltilir. Bu yolla sağlanan ürünün bileşimi değişkendir ve herzaman serbest kükürt içerir.

BİZMUT

Kolayca toz haline getirilebilen sarımsı beyaz renkli kırılgan bir metal. (simgesi Bi olan element)

Dermatol. Bizmut zıhı, kas içine yapılan bizmut tuzu iğneleriyle tedavi olan hastaların diş etlerinin çevresinde oluşabilen koyu renkli çizgi.

Nörol. Bizmut ansefalopatisi, uzun süre bizmut tuzlarıyla yapılan tedavinin neden olduğu ansefalopati. (baş ağrıları ve bellek bozukluklar ve haberci belirtileridir; zihin karışıklığı, konuşma bozuklukları, kaslarda kasılma ve gerilme, kimi zaman çırpınma krizleriyle ortaya çıkar, tedavi sürdürülürse komaya kadar gidebilir. Teşhis kandaki bizmut miktarının ölçülmesiyle kesinleşir ve bizmut tedavisi durdurulduktan sonra hastalık yavaş yavaş iyileşmeye başlar).

Anorg.kim. Bizmut, fiziksel ve mekanik özellikleri bakımından antimona çok benzer. Sarımsı, beyaz renkli bir katıdır. Soğuduğunda hacmi genişler ve romboedrik kristaller verir. Diyamanyetiktir. Gevrek bir yapısı olan bizmut havanda dövülerek toz haline getirilebilir.

Atom numarası : 83

Atom kütlesi : 209

Erime sıcaklığı . : 271,3 0C

Kaynama sıcaklığı : ˜1560 0C

Özgül kütle : 9,8 g/cm3

Yükseltgenme dereceleri : -3,+3,+5 (çok seyrek olarak)

Elektron biçimlendirmesi : [2,8,18,32,18]s2 p3

İzotopları : 197,209,215

Kararlı izotopu : 209

Doğal bizmut : 209Bi : %100

Bizmut, elektron biçimlenmesi bakımından yakın benzerlikler taşıdığı antimon gibi, sıvı haline göre katı halde daha düşük elektrik iletkenliği ile gerçek metallerden ayrılır. Ayrıca olağan sıcaklıkta tüm metallerden daha düşük bir ısıl iletkenlik gösterir. Bizmut buharı, bizmutun bir ve ikiatomlu moleküllerinin karışımından oluşur.

Soğuk havadan etkilenmemesine karşın yüksek sıcaklıkta oksit (Bi2O3) vererek yanar. Hidroklorik ve sülfürik asitlerden az etkilenir, nitrik asitte kolayca çözünür.

Kolay eriyen diğer metallerle alaşım yaparak onların erime sıcaklığını düşür. Nitekim, kalay ve kurşundan elde edilen bileşiği, 94 0C’ta eriyen Darcet alaşımı olarak bilinir. Bizmut, doğada kimi zaman arı metal olarak bulunur, ama en önemli cevheri Bi2S3 formüllü bizmutinittir. Metalin elde edilmesi için önce sülfür kavrularak okside dönüştürürlür, sonra bu oksit karbonla indirgenir.

Bizmut bileşikleri. Bi2O3 formülüyle gösterilen üç değerli bizmut oksit, nitrat kavrularak üretilir. 8,2 yoğunluğunda sarı renkli bir katıdır. Bizmut tuzu, sudkostikle çökertilirse buna karşılık düşen hidroksit elde edilir; Bi(OH)3. Buda su kaybederek, BiOOH formüllü bizmutil hidroksidi oluşturur. Hipokloritler bu maddeleri asit özellikleri taşıyan ve Bi2O5 formülüyle belirtilen beşdeğerli bizmut oksitlerine dönüştürür.

Bizmut klorür (BiCl3), hafifçe ısıtılan bizmuta klorürn etkimesiyle elde edilir. Renksiz, katı bir maddedir. Suyla hidrolize uğradığında hidroklorik asit ve boyacılıkta kullanılan oksiklorürü (BiOCl) verir. Bizmut iyodür kahverengi-siyah bir çökeltidir; potasyum iyodürde çözünerek potasyum iyodobizmutatı (KBi4) oluşturur. Fluorun düşük basınçta erimiş bizmuta etkimesiyle elde edilen bizmut pentafluorür, organik kimyada yararlanılan güçlü bir gluorlama maddesidir. Bizmutun iki tür sülfürü vardır: BiS, bireşimle elde edilir: Bi2S3 ise doğal bizmutinittir. Antimona karşılık bizmut, oksoanyonlarla kararlı bileşikler oluşturabilir: nitrat, sülfat, karbonat vb. Bi(NO3)3 formülüyle gösterilen bizmut nitrat derişik nitrik asidin metale etkimesiyle hazırlanır; sulu çözeltisinden beş su molekülü taşıyan renksiz kristaller ayrılır. Bizmut nitrat çözeltisi aşırı ölçüde seyreltilirse, en önemlisi bizmut altnitrat, tatsız, beyaz kristalli bir tozdur.

Bizmut tuzlarının belirgin nitelikleri. Bizmut tuzları renksizdir. Çözeltileri önemli ölçüde seyreltilirse, hidrolizle bazik tuzların oluşmasından dolayı beyaz renkli, bulanık bir sıvı elde edilir. Sülfürlü hidrojen bu sıvıda alkali sülfürlerde çözünmeyen siyah renkli bir çöklelti oluşturur. Potasyum iyodur ise, kahverengimsi siyah bir çökelti verir. Aşırı ölçüde iyodur bulunursa bu çökelti, çözünerek ayırt edici nitelikte kızılımsı bir çökelti meydana getirir.

Bizmutun organometal türevleri. Bizmutun organometal türevleri bizmutinlerdir. Arsinlere benzer ve aynı yöntemlerle elde edilirler. Bunların arasında Bi(CH3)3 formüllü bizmut-trimetil, kolayca tutuşan ve patlayarak bozunan Bi(C6H5)3 formüllü bizmut-trietil ve Bi(C6H5)3 formüllü bizmut-trifenil sayılabilir.

Bizmut metalürjisi. Bizmuta, Bi2S3 formülüyle gösterilen sülfür biçiminde rastlanır; genellikle bakır ve kurşunun sülfürlü cevherleriyle birlikte bulunur; ayrıca kalay yataklarında da görülür. Bakır, kurşun ve kalay cevherleri kavrulurken çıkan baca dumanlarından ve bakır arılaştırılırken oluşan anot çamurundan ve özütlenerek elde edilir. Oksidi 500 0C’a doğru bir eritici eşliğinde demir ve karbonla indirgenir. Bizmut, hidroklorik asitli BiCl3 çözeltisi elektrolize tutularak arılaştırılır.

Bizmut, özellikle erime sıcaklığı düşük alaşımlarda ve eczacılık ürünlerinde yaygın olarak kullanılır. Ancak aynı elektron biçimlenmesini göstermesine karşın arseniğe oranla daha az zehirlidir.

Bizmut alaşımları. Bizmut genel olarak kurşun, kalay, kadmiyum ve antimonla, 100 0C’ın altında, kolay eriyen alaşımlar oluşturur. Yoğunluğu çok yüksek olan bu alaşımlar, sıvı durumda iyi bir alışkanlık gösterir ve katılaştığında da herhangi bir büzülmeye uğramadıkları gibi azda olsa genleşirler. Bizmut alaşımları kaynak yapmada, kalıp çıkarmada ve pres takımlarının montajında kullanılır. Dökümle iz alınmasında olduğu gibi, matrislerin ve zımbaların konumlandırılmasında da yararlanılır. Bizmut (%50), kurşun (%27), kalay (%13) ve kalsiyumdan (%10) oluşan bir alaşımdan, ince saçların küçük seriler halinde kesilmesinde yada işlenmesinde kullanılan zımba ve matrisleri yapılır.

Eczc. Bütün ağır metaller gibi bizmutta zehirlidir. Bu yüzden, tedavide ağız yoluyla yalnız karbonat ve subnitrat gibi suda çözünmeyen tuzları kullanılır. Bizmut tuzlarının örtücü etkisinden, mide ülseri, bağırsak iltihabı ve ishalde, sindirim sistemi yaralarını temizlemede yararlanılır. Bu tuzlar, mide ve kalın bağırsakta bizmut sülfüre dönüşür ve dışkıya siyah bir renk verir. Ciddi nörolojik bozukluklar, methemoglobinemi gibi yan etkiler, aralıklı bir şekilde verilmesi gereken bizmutun kullanımını sınırlandırır. Bu nedenle, bizmutun kullanılması çok sıkı kurallara bağlıdır. Bizmut, rektal yoldan, orta kulak hastalıklarının, redavisinde kullanılır.

Kas içine şırınga edilen bazı bizmut tuzlarının frengiye karşı dikkate değer bir etkisi vardır. Uzun zaman, arsenikli ilaçlarla birlikte yada sırayla frengi tedavisiyle kullanılmıştır. Penisilinin arsenikli ilaçların yerini almasından sonra daha az kullanılmaktadır. Kullanımı titiz bir ağız-diş bakımını ve her iğne tedavisinden önce idrar analizini gerektirir.

KİMYA

YILLIK ÖDEVİ

KONU :VA GRUBU ELEMENTLERİNİN GENEL

ÖZELLİK VE ELEMENT ÖZELLİKLERİ

KAYNAKLAR :

BÜYÜK LAROUSSE ANSİKLOPEDİSİ

LİSE ІІ KİMYA KİTABI

LİSE І KİMYA KİTABI

ADI-SOYADI : ÜMRAN ÖZDEMİR

SINIFI : 9/C

NO. : 1058

Acıd Raın

06 Kasım 2007

ACID RAIN

WHAT IS ACID RAIN ?

Acidity is measured using a pH scale, with the number 7 being neutral. Consequently, a substance with a pH value of less than 7 is acidic, while one of a value greater than 7 is basic. It is also worthwhile to note that the pH scale is logarithmic; that is, a substance of pH of 6 is 10 times more acidic than another with a pH of 7. Generally, the pH of 5.6 has been used as the baseline in identifying acid rain, although there has been much debate over the acceptance of this value. Interestingly enough, a pH of 5.6 is the pH value of carbon dioxide in equilibrium with distilled water. Hence, acid ran is defined as any rainfall that has an acidity level beyond what is expected in non-polluted rainfall. In essence, any precipitation that has a pH value of less than 5.6 is considered to be acid precipitation. The following is a visual illustration of the pH scale:

WHAT CAUSES ACID RAIN?

One of the main causes of acid rain is sulphur dioxide. Natural sources which emit this gas are volcanoes, sea spray , rotting vegetation and plankton. However, the burning of fossil fuels, such as coal and oil, are largely to be blamed for approximately half of the emissions of this gas in the world. When sulphur dioxide reaches the atmosphere, it oxidizes to first form a sulphate ion. It then becomes sulphuric acid as it joins with hydrogen atoms in the air and falls back down to earth. Oxidation occurs the most in clouds and especially in heavily polluted air where other compounds such as ammonia and ozone help to catalyze the reaction, converting more sulphur dioxide to sulphuric acid. However, not all of the sulphur dioxide is converted to sulphuric acid. In fact, a substantial amount can float up into the atmosphere, move over to another area and return to earth unconverted. The following are the stoichiometric equations for the formation of sulphuric acid: S (in coal) + O2® SO2 2 SO2 + O2® 2 SO3 SO3 + H2O® H2SO4 Nitric oxide and nitric dioxide are also components of acid rain. Its sources are mainly from power stations and exhaust fumes. Like sulphur dioxide, these nitrogen oxides rise into the atmosphere and are oxidized in clouds to form nitric acid. These reactions are also catalysed in heavily polluted clouds where iron, manganese, ammonia and hydrogen peroxide are present.* The chart below indicates the pH levels of wet deposition over time at the corresponding provinces in Canada. Accompanied with it are charts of emmisions over time in Canada compared with the United States. As observed, although the level of emissions in both Canada and the United States have been reduced over the years, the pH level measured (for Canada – namely Nova Scotia and Newfoundland) has not reflected similar results.

EFFECTS ON LAKES AND AQUATIC ECOSYSTEMS

One of the direct effects of acid rain is on lakes and its aquatic ecosystems. There are several routes through which acidic chemicals can enter the lakes. Some chemical substances exist as dry particles in the air while others enter the lakes as wet particles such as rain, snow, sleet, hail, dew or fog. In addition, lakes can almost be thought of as the "sinks" of the earth, where rain that falls on land is drained through the sewage systems eventually make their way into the lakes. Acid rain that falls onto the earth washes off the nutrients out of the soil and carries toxic metals that have been released from the soil into the lakes. Another harmful way in which acids can enter the lakes is spring acid shock. When snow melts in spring rapidly due to a sudden temperature change, the acids and chemicals in the snow are released into the soils. The melted snow then runs off to streams and rivers, and gradually make their way into the lakes. The introduction of these acids and chemicals into the lakes causes a sudden drastic change in the pH of the lakes – hence the term "spring acid shock". The aquatic ecosystem has no time to adjust to the sudden change. In addition, springtime is an especially vulnerable time for many aquatic species since this is the time for reproduction for amphibians, fish and insects. Many of these species lay their eggs in the water to hatch. The sudden pH change is dangerous because the acids can cause serious deformities in their young or even annihilate the whole species since the young of many of such species spend a significant part of their life cycle in the water. Subsequently, sulphuric acid in water can affect the fish in the lakes in two ways: directly and indirectly. Sulphuric acid (H2SO4) directly interferes with the fish’s ability to take in oxygen, salt and nutrients needed to stay alive. For freshwater fish, maintaining osmoregulation is key in their survival. Osmoregulation is the process of maintaining the delicate balance of salts and minerals in their tissues. Acid molecules in the water cause mucus to form in their gills and this prevents the fish to absorb oxygen as well. If the buildup of mucus increases, the fish would suffocate. In addition, a low pH will throw off the balance of salts in the fish tissue. Salts levels such as the calcium (Ca+2) levels of some fish cannot be maintained due to pH change. This results in poor reproduction – their eggs produced would be damaged; they are either too brittle or too weak. Decreased Ca+2 levels also result in weak spines and deformities. For example, crayfish need Ca+2 to maintain a healthy exoskeleton; low Ca+2 levels would mean a weak exoskeleton. Another type of salt N+ also influences the well-being of the fish. As nitrogen-containing fertilizers are washed off into the lakes, the nitrogen stimulates the growth of algae, which logically would mean an increase in oxygen production, thus benefitting the fish. However, because of increased deaths in the fish population due to acid rain, the decomposition process uses up a lot of the oxygen, which leaves less for the surviving fish to take in. Indirectly, sulphuric acid releases heavy metals present in soils to be dissociated and released. For example, aluminium (Al+2) is harmless as part of a compound, but because acid rain causes Al+2 to be released into the soils and gradually into the lakes, it becomes lethal to the health of the fish in the lakes. Al+2 burns the gills of the fish and accumulates in their organs, causing much damage. So, although many fish may be able to tolerate a pH of approximately 5.9, this acid level is high enough to release Al+2 from the soils to kill the fish. This effect is further augmented by spring acid shock. The effect of acid rain can be dynamically illustrated in a study done on Lake 223 which started in 1976. Scientists monitored the pH and aquatic ecosystem of Lake 223. They observed that as the pH of the lake decrease over the years, a number of crustaceans died out because of problems in reproduction due to the acidity of the lake caused by acid precipitation. At a pH of 5.6, algae growth in the lake was hindered and some types of small died out. Eventually, it was followed by larger fish dying out with the same problem in reproduciton; there were more adult fish in the lake than there were young fish. Finally, in 1983, the lake reached a pH of 5 and the surviving fish in the lake were thin and deformed and unable to reproduce. This case study obviously illustrates the significant effect of acid rain on lakes and its aquatic ecosystem. The following is a chart which summarizes the effect of the pH level of the lake on its lifeforms.

ACID RAIN SOAKS INTO THE GROUND

Natural vegetation as well as planted crops can be affected by

increased levels of acidity in the soil brought about in part by acid rain. The waxy coating on a leaf is its natural protection from outside elements. When this coating is weakened it is easier for the plant to become diseased and harmed by elements like air pollutants.

EFFECTS OF ACID RAIN ON PLANT LIFE

Seeds are less likely to germinate in acidic soils. Acid rains can put toxins into the soil that affect the plant’s ability to absorb and transport nutrients through its vascular system. Acid rains can also release elements such as aluminium from the soil. These elements can have harmful effects on a plant’s ability to survive.

EFFECTS ON HUMANS

Among one of the serious side effects of acid pollution on humans is respiratory problems. The SO2 and NO2 emmisions give rise to respiratory problems such as asthma, dry coughs, headaches, eye, nose and throat irritations. An indirect effect of acid precipitation on humans is that the toxic metals dissolved in the water are absorbed in fruits, vegetables and in the tissues of animals. Although these toxic metals do not directly affect the animals, they have serious effects on humans when they are being consumed. For example, mercury that accumulate in the organs and tissues of the animals has been linked with brain damage in children as well as nerve disorders, brain damage and death. Similarly, another metal, Aluminium, present in the organs of the animals, has been associated with kidney problems and recently, was suspected to be related to Alzheimer’s disease.

Acıd Raın And Deposıtıon

06 Kasım 2007

ACID RAIN AND DEPOSITION

Introduction ;

Acidic pollutants can be deposited from the atmosphere to the Earth’s surface in wet and dry forms. The common term to describe this process is acid deposition. The term acid precipitation is used to specifically describe wet forms of acid pollution that can be found in rain, sleet, snow, fog, and cloud vapor. An acid can be defined as any substance that when dissolved in water dissociates to yield corrosive hydrogen ions. The acidity of substances dissolved in water is commonly measured in terms of pH (defined as the negative logarithm of the concentration of hydrogen ions). According to this measurement scale solutions with pHs less than 7 are described as being acidic, while a pH greater than 7.0 is considered alkaline. Precipitation normally has a pH between 5.0 to 5.6 because of natural atmospheric reactions involving carbon dioxide. Precipitation is considered to be acidic when its pH falls below 5.6 (which is 25 times more acidic than pure water). Some sites in eastern North America have precipitation with pHs as low as 2.3 or about 1000 times more acidic than natural.

Acid deposition is not a recent phenomena. In the 17th century, scientists noted the ill effects that industry and acidic pollution was having on vegetation and people. However, the term acid rain was not coined until two centuries later when Angus Smith published a book called ‘Acid Rain’ in 1872. In the 1960s, the problems associated with acid deposition became an international problem when fishermen noticed declines in fish numbers and diversity in many lakes throughout North America and Europe.

Acid Deposition Formation

Acid deposition can form as a result of two processes. In some cases, hydrochloric acid can be expelled directly into the atmosphere. More commonly it is due to secondary pollutants that form from the oxidation of nitrogen oxides (NOx) or sulphur dioxide (SO2) gases that are released into the atmosphere. The process of altering these gases into their acid counterparts can take several days, and during this time these pollutants can be transferred hundreds of kilometers from their original source. Acid precipitation formation can also take place at the Earth’s surface when nitrogen oxides and sulphur dioxide settle on the landscape and interact with dew or frost.

Emissions of sulphur dioxide are responsible for 60-70 % of the acid deposition that occurs globally. More than 90 % of the sulphur in the atmosphere is of human origin. The main sources of sulphur include:

Coal burning – coal typically contains 2-3 % sulphur so when it is burned sulphur dioxide is liberated.

The smelting of metal sulfide ores to obtain the pure metals. Metals such as zinc, nickel, and copper are all commonly obtained in this manner.

Volcanic eruptions – although this is not a widespread problem, a volcanic eruption can add a lot of sulphur to the atmosphere in a regional area.

Organic decay.

After being released into the atmosphere, sulphur dioxide can either be deposited on the Earth’s surface in the form of dry deposition or it can undergo the following reactions to produce acids that are incorporated into the products of wet deposition

SO2 + H2O »»» H2SO3

SO2 + 1/2O2 »»» SO3 + H2SO4

Some 95 % of the elevated levels of nitrogen oxides in the atmosphere are the result of human activities. The remaining 5 % comes from several natural processes. The major sources of nitrogen oxides include:

Combustion of oil, coal, gas.

Bacterial action in soil.

Forest fires.

Volcanic action.

Lightning.

Acids of nitrogen form as a result of the following atmospheric chemical reactions

NO + 1/2O2 »»» NO2

2NO2 + H2O »»» HNO2 + HNO3

NO2 + OH »»» HNO3

Finally, the concentrations of both nitrogen oxides and sulphur dioxides are much lower than atmospheric carbon dioxide which is mainly responsible for making natural rainwater slightly acidic. However, these gases are much more soluble than carbon dioxide and therefore have a much greater effect on the pH of the precipitation.

Effects of Acid Deposition

Acid deposition influences the environment in several different ways. In aquatic systems, acid deposition can effect these ecosystems by lowering their pH. However, not all aquatic systems are effected equally. Streams, ponds or lakes that exist on bedrock or sediments rich in calcium and/or magnesium are naturally buffered from the effects of acid deposition. Aquatic systems on neutral or acidic bedrock are normally very sensitive to acid deposition because they lack basic compounds that buffer acidification. In Canada, many of the water bodies found on the granitic Canadian Shield fall in this group. One of the most obvious effects of aquatic acidification is the decline in fish numbers. Originally it was believed that the fish died because of the increasing acidity of the water. However, in the 1970s scientists discovered that acidified lakes also contained high concentrations of toxic heavy metals like mercury, aluminum, and cadmium. The source of these heavy metals was the soil and bedrock surrounding the water body. Normally, these chemicals are found locked in clay particles, minerals and rocks. However, the acidification of terrestrial soils and bedrock can cause these metals to become soluble. Once soluble, these toxic metals are easily leached by infiltrating water into aquatic systems where they accumulate to toxic levels.

In the middle latitudes, many acidified aquatic systems experience a phenomenon known as acid shock. During the winter the acidic deposits can build-up in the snow pack. With the arrival of spring, snow pack begins to melt quickly and the acids are released over a short period of time at concentrations 5 to 10 times more acidic than rainfall. Most adult fish can survive this shock. However, the eggs and small fry of many spring spawning species are extremely sensitive to this acidification.

The severity of the impact of acid deposition on vegetation is greatly dependent on the type of soil the plants grow in. Similar to surface water acidification, many soils have a natural buffering capacity and are able to neutralize acid inputs. In general, soils that have a lot of lime are better at neutralizing acids than those that are made up of siliceous sand or weathered acidic bedrock. In less buffered soils, vegetation is effected by acid deposition because:

Increasing acidity results in the leaching of several important plant nutrients, including calcium, potassium, and magnesium. Reductions in the availability of these nutrients causes a decline in plant growth rates.

The heavy metal aluminum becomes more mobile in acidified soils. Aluminum can damage roots and interfere with plant uptake of other nutrients such as magnesium and potassium.

Reductions in soil pH can cause germination of seeds and the growth of young seedlings to be inhibited.

Many important soil organisms cannot survive is soils below a pH of about 6.0. The death of these organism can inhibit decomposition and nutrient cycling.

High concentrations of nitric acid can increase the availability nitrogen and reduce the availability of other nutrients necessary for plant growth. As a result, the plants become over-fertilized by nitrogen (a condition known as nitrogen saturation).

Acid precipitation can cause direct damage to the foliage on plants especially when the precipitation is in the form of fog or cloud water which is up to ten times more acidic than rainfall.

Dry deposition of SO2 and NOx has been found to affect the ability of leaves to retain water when they are under water stress.

Acidic deposition can leach nutrients from the plant tissues weakening their structure.

The combination of these effects can lead to plants that have reduced growth rates, flowering ability and yields. It also makes plants more vulnerable to diseases, insects, droughts and frosts.

The effects of acidic deposition on humans can be divided into three main categories. Acid deposition can influence human health through the following methods:

Toxic metals, such as mercury and aluminum can be released into the environment through the acidification of soils. The toxic metals can then end up in the drinking water, crops, and fish and then ingested by humans through consumption. If ingested in great quantities, these metals can have toxic effects on human health. One metal, aluminum, is believed to be related to the occurrence of Alzheimer’s disease.

Increased concentrations of sulphur dioxide and oxides of nitrogen have been correlated to increased hospital admissions for respiratory illness.

Research on children from communities that receive a high amount of acidic pollution show increased frequencies of chest colds, allergies and coughs.

Acid deposition also influences the economic livelihoods of some people. Many lakes and streams on the eastern coast of North America are so acidic that the fish decline significantly in numbers. The reduced fish numbers then influence commercial fishermen and industries that rely on the sport fishing tourism. Forestry and agriculture are effected by the damage caused to vegetation. In some areas of eastern North America and Europe, large die-backs of trees have occurred.

Finally, acid deposition effects a number inanimate features of human construction. Buildings and head stones that are constructed from limestone are easily attacked by acids, as are structures that are constructed of iron or steel. Paint on cars can react with acid deposition causing fading. Many of the churches and cathedrals in Europe are under attack from the effects of acidic deposition.

Hal Değişimlerinde Kovalent Bağlar Kırılır

06 Kasım 2007

DERS : ÖZEL ÖĞRETİM YÖNTEMLERİ

ÖĞRETİM GÖREVLİSİ : Doç. Dr. Filiz KABAPINAR

TARİH : 25.10.2002

HAZIRLAYANLAR : Gül SÜNER

Özlem KINAY

KONU : “Hal değişimlerinde kovalent bağlar kırılır.” düşüncesinin yanlış olduğunun, Jean Piaget öğretim

kuramı yardımıyla öğrencilere gösterilmesi.

ÖĞRETİM YÖNTEMİ : Deneysel gözleme dayalı. Öğrenciye konuyla ilgili soru sorularak kavram kargaşası yaratılır.

Konuyla ilgili deney hazırlanır. Deney sonucuyla öğrenci doğruyu kendisi görmüş olur.

METOD:

I. Öğrencilere kovalent bağın nasıl oluştuğu anlatılır.

Elektron ihtiyacı olan iki atom birbirine yaklaşırsa birbirlerinin elektronlarını aynı ölçüde ya da biri diğerinden biraz fazla

çeker. Fakat elektonları koparıp kendine bağlayamaz. Bu durumda elektronlar her iki atomun çekim etkisi ile atomların etrafında dönmeye başlarlar. Bu şekilde oluşan bağa kovalent bağ denir. Oluşan madde kovalent maddedir. Moleküler yapıdadır.

Örnek:

Su molekülünü inceleyelim.

Oksijenin atom numarası 8’dir. p=8 ve nötr oksijen atomunda e=8’dir. Elektron dağılımı; 8O=2) 6 şeklindedir. Hidrojenin atom numarası 1’dir. p=1 ve nötr hidrojen atomunda e=1’dir. Elektron dağılımı; 1H=1) şeklindedir. Hidrojen en dış enerji kabuğundaki elektron sayısını 2’ye, Oksijen en dış enerji kabuğundaki elektron sayısını 8’e tamamlamak ister. Osijenin 8 protonu olduğundan hidrojenin 1 elektronunu kendisine daha fazla çeker. Fakat koparıp alamaz. Oksijenin bir elektronu ile hidrojenin kendi elektronu her iki atomun çekimi altında bulunur. Bu bağlanma kovalent bağdır. (Şekil 1)

Şekil 1

II. Öğrencilere konuyla ilgili aşağıdaki soru sorulur ve yanıtlar alınır.

“Hal değişimi sırasında kovalent bağlar kırılır mı?”

III. Sorunun yanıtının aşağıdaki deneyler ile görülmesi sağlanır.

III.1. DENEY:

Su kovalent bağlı bir moleküldür. Su sıvı halden gaz haline getirildiğinde kovalent bağlar kırılıyorsa, çıkan gazda H2 ve O2 olacaktır ve çıkan gaz bu gazların özelliklerini taşıyacaktır.

H2 ve O2 gazlarının özelliklerinin bir deneyle gözlenmesi sağlanır.

III.1.1. DENEY 1:

Amaç: Suyun elektroliz ile H2 ve O2 elementlerine ayrılması ve bu elementlerin özelliklerinin gözlenmesi.

Araç ve Gereçler:

Beher

2 adet çelik elektrot

Su

Sülfirik asit çözeltisi

Güç kaynağı

Deney tüpü

Şekil 2

Deneyin Yapılışı:

Beherin ¾’ü su ile doldurulur ve içersine sülfürik asit ilave edilir. Tüpler ters olarak Şekil 2’deki gibi yerleştirilir.Devreye akım verilerek (6 volt) tüplerin içindeki gaz çıkışı gözlenir. 15-20 dak. Deneye devam edilir. Elektrotlar çıkarılır. Tüplerde biriken gazların hacimlerine bakılır. Tüplerden birinde diğerinin iki katı kadar gaz birikmiştir. Gaz hacmi az olan tüpün ağzı parmakla kapatılarak suyun dışarısına çıkarılır ve ters çevirilip yanmakta olan kibrit yaklaştırılıp parmak çekilir. Kibrit alevinin daha parlak yandığı gözlenir. Bunu sağlayan O2 gazıdır. Gaz hacmi fazla olan tüpün ağzı parmakla kapatılarak suyun dışarısına çıkarılır ve ters çevirilip yanmakta olan kibrit yaklaştırılıp parmak çekilir. Kibritin hafif bir patlamayla yandığı gözlenir. Bunu sağlayan H2 gazıdır.

III.1.2. DENEY 2:

Amaç: Suyun buharlaştırılarak çıkan gazda H2 ve O2 elementlerin olup olmadığının gözlenmesi.

Araç ve Gereçler:

Beher

Su

Isıtıcı

Deney tüpü

Deneyin Yapılışı:

Su ısıtılarak çıkan buhar tüpte biriktirilir ve Deney III.1.1 deki gibi yanmakta olan kibrit tüpün ağzına tutulur ve sonuçta Deney III.1.1’deki souçlar gözlenmez. Suyun buharlaştırılmasıyla H2 ve O2 gazlarının elde edilmediği görülür. Böylece suyun katı halden gaz haline geçmesiyle suyu oluşturan elementler arasındaki kovalent bağın kopmadığı görülmüş olur.

DEĞERLENDİRME:

Öğrencilere kovalent bağ hakkında bilgi verildi.

Kovalent bağla ilgili bir soru sorularak kavram kargaşası yaratıldı.

Deney sonucunda, kavram kargaşası yaratılarak kafalarda oluşturulan düşüncenin doğru olup olmadığı öğrenci tarafından görülmüş oldu.

Sabun Eldesi Ve Özellikleri

06 Kasım 2007

Sabun Eldesi ve Özellikleri

* Amaç: İntermoleküler kuvvetlerin tanınması.

Genel Bilgi: Sabunların büyük bir kısmı zayıf organik yağ asitlerinin çözünebilen sodyum ve potasyum tuzlarıdır.Sodyum stearat NaC18H35O2 en yaygın ticari sabundur.Suda çözünerek sodyum ve stearat iyonlarını oluşturmaktadır:

* NaC18H35O2 Na+ +C18H35O2-

* Stearat iyonu aktif temizleme kaynağıdır.İyonik uçludur ve dolayısıyla suda iyi çözünmektedir.

*

* *

Stearat iyonu yağ moleküllerini su moleküllerine bağlayan bağlantılar olarak rol oynamaktadır.Aynı zamanda yağı küçük damlalar haline getirerek çözeltiye karışmasını sağlayarak temizlenme olayını başarabilmektedir.

Sabunlar NaOH gibi kuvvetli bir baz ile sıvı ve katı yağların kimyasal olarak parçalanmasıyla yapılmaktadır.

*

*

* *

Sabunda karşılaşılan en yaygın problem Fe+3,Ca+2,Mg+2 iyonları içeren ‘sert su’ içersinde kullanılmasıdır.Sodyum tuzlarına karşıt olarak,yağ asitlerinin Fe,Ca ve Mg tuzları suda çözünmemektedir.Fe+3,Ca+2,Mg+2 asit anyonu ile reaksiyona girerek çözünmeyen yumuşak bir katı oluşmaktadır.

*

*

Madde ve Malzemeler: 200 ml erlen,Cam çubuk,mezür,ısıtıcı,Nuçe erleni,nuçe başlığı,bitkisel yağ,etil alkol,sodyum hidroksit ve sodyum klorür.

Deneyin Yapılışı: Başlangıç maddesi olarak bitkisel yağ kullanılabilir.20 g bitkisel yağ 200 ml erlenmayer içine alınır.20 ml etil alkol ilave edilir.Etil alkolü çözmek ve reaksiyonu hızlandırmak için kullanılmaktadır.Ticari sabun yapımında etil alkol kullanılmaz.Etil alkol ve yağ iki ayrı tabaka oluşturur.Dolayısıyla karışım kuvvetle çalkalanmalıdır.

25 ml %20 lik NaOH çözeltisi ilave yapılır.Karışım bir cam çubukla karıştırılır ve ısıtıcı üzerinde dikkatlice ısıtılır.Isıtılmaya karışım hamur kıvamına gelinceye kadar devam edilir.Bu 30 dakika kadar sürer.Isıtılma esnasında karıştırılmaya devam edilmelidir.Sabun oluşmatya başladığı zaman,köpürmeyi önlemek için çok dikkatli karıştırılmalıdır.Bu hamur sabun ve gliserol karışımıdır.Soğutulmaya bırakılır.Soğutulduğunda,sabun karışımına 100 ml doymuş NaCl (yemek tuzu) çözeltisi ilave edilir.Bu sabunun tuzunun giderilmesidir.Sıra süzme işlemine geldi.Süzme işleminden sonra 25 ml buzlu su ile tartılır ve yıkanır.

Odev Konusu

06 Kasım 2007

ODEV KONUSU

Bir kazaninin yakma havasi, kazandan cikan sicak gazlarin artik isisindan yararlanilarak 550 C den 260 C ye duserken ortamadan 20 C de alinan hava 85 C ye cikarilacaktir.İhtiyac duyulan hava debisi 450kg/h tır.

Bunu sağlayacak ısı değiştirgeci dizayni istenmektedir.

VERİLENLER:

1.Sıcak akişkanın giriş sıcaklığı T1g=550 C

2.Sıcak akışkanın çıkış sıcaklığı T1ç=260 C

3.Soğuk akışkanın giriş sıcaklığı T2g=20 C

4.Soğuk kışkanın çıkış sıcaklığı T2ç=85 C

5.Soğuk akışkanın denisi m2=450kg/h

SEMBOLLER

T1g :Sıcak akışkanın ısı değiştirgecine giriş sıcaklığı (C)

T1ç :Soğuk akışkanın ısı değiştirgecine giriş sıcaklığı (C)

T2g :Sıcak akışkanın ısı değiştirgecinden çıkış sıcaklığı (C)

T2ç :Soğuk akışkanın ısı değiştirgecinden çıkış sıcaklığı (C)

ΔTm :Ortalama logaritmik sıcaklık farkı (C)

Ρ1:Sıcak akışkanın yoğunluğu (kg/m )

Ρ2:Soğuk akışkanın yoğunluğu (kg/m)

λ1:Sıcak akışkanın ısı iletim katsayısı (kcal/mhC)

λ2:Soğuk akışkanın ısı iletim katsayısı (kcal/mhC)

ν1:Sıcak akışkanın kinamatik viskozitesi (m /s)

ν2:Soğuk akışkanın kinamatik viskozitesi (m /s)

Pr1:Sıcak akışkanın Prandtl sayısı

Pr2:Soğuk akışkanın Prandtl sayısı

Cp1:Sıcak akışkanın sabit basınçta özgül ısısı (kcal/kgC)

Cp2:Soğuk akışkanın sabit basınçta özglü ısısı (kcal/kgC)

Q:Isı transferi miktarı (kcal/s)

V1:Sıcak akışkanın hacimsel debisi (m /s)

V2:Soğuk akışkanın hacimsel debisi (m /s)

m1:Sıcak akışkanın kütlesel debisi (kg/s)

m2:Soğuk akışkanın kütlesel debisi (kg/s)

n:Boru sayısı (m-mm)

diç:Boru iç çapı (m-mm)

ddış:Boru dış çapı (m-mm)

W1:Sıcak akışkanın ortalama hızı (m/s)

W2:Soğuk akışkanın ortalama hızı (m/s)

Re1:Sıcak akışkanın Reynolds sayısı

Re2:Soğuk akışkanın Reynolds sayısı

Nu1:Sıcak akışkanın Nusselt sayısı

Nu2:Soğuk akışkanın Nusselt sayısı

h1:Sıcak akışkanın yüzeyle arasındaki ısı taşınım katsayısı (kcal/mhC)

h2:Soğuk akışkanın yüzeyle arasındaki ısı taşınım katsayısı (kcal/mhC)

s :Et kalınlığı (m-mm)

t : Hatve (m-mm)

δk : Kovanın et kalınlığı (m-mm)

δm : Kovan iç yüzeyi ile boru demetinin en dışındaki boru arasındaki mesafe

(m-mm)

dh : Hidrolik çap (m-mm)

L : Boru uzunluğu (m)

K : Toplam ısı geçiş katsayısı (kcal/mhC)

λm: Dökme demir malzemesinin ısı iletim katsayısı (kcal/mhC)

D : Kovan iç çapı

ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİ (EŞANJÖRLER)

Tanımı ve çalışma prensibi:

Isı değiştirgeçleri, farklı sıcaklıktaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı alışverişini sağlayan tesisatlardır. Isı değiştirgeçlerine akışkanlar,biribirleri ile karıştırılmadan ısı geçişi yapılan bir yüzeyle biribirlerinden ayrılır. Sanayinin hemen hemen bütün dallarında yaygın olarak kullanılırlar; özellikle ısıtma ve soğutma tesisleri,kuvvet makinaları ile santralları, kimya tesisleri ve ısıl işlem tekniğinde çok önemli yer tutmaktadırlar.Su ile soğutmalı motorlardaki radyatörler, soğutma tesislerindeki kondanserler ve buharlaştırıcılar, termik kuvvet santralerinde ve kimya tesislerindeki kondanserler birer ornek olarak verilebilir.

Isı değiştirgeçleri, tesisin termik verimini arttırma, çevrimin tamamlanması, gibi yonlerden baska imal edilen ürünün kalitesi yönünden de önemlidir.örneğin ısıl işlem tekniğinde çoğu kez belirli bir sıcaklığa getirilen bir madde ya egzoterm reaksiyonlar sonucunda ısı açığa çıkarır veya endoterm reaksiyonlar sonunda ısıya ihtiyaç gösterir. Sıcaklık birinci halde artar, ikinci halde ise azalır. Sıcaklığın yükselmesi reaksiyona katılan maddede de parçalanmalara, ayrışmalara sebep olabilir. Düşük sıcaklıklarda ise reaksiyon iktisadi olmayacak şekilde yavaşlar. Bu gibi tesislerde sıcaklığın belirli bir değerde tutulması gerekir. Bu sebeple ısı değiştirgeçlerinin önemi kolayca anlaşilır.

Isı değiştiricisi içinde yoğuşma ve buharlaşma gibi bir faz değişimi varsa, bu tiplere “Gizli Isı değiştirgeçleri ”, faz değişiminin olmadığı diğer tiplere ise “Duyulur Isı Değiştirgeçleri “ adı verilir.

Buhar kazanları, nükleer enerji santralleri ısının kendi içlerinde üretildiği birer ısı değiştiricisi olmasına rağmen, kapsadıkları konular ve özel önlemleri nedeniyle ayrı incelenen sistemlerdir.

Konstrüktif olarak, regeneratif ısı değiştirgecinin dışındaki butun ısı değiştirgeçlerinde hareketli bir makine parçası yoktur.Pratikte değişik uygulama yerlerinde çok farklı ısı değiştiricisi tipine rastlnabilir. Isı değiştiricileri konstriksiyonlarına,akış şekillerine,akışkan sayısına, ısı transferi mekanizmasına gore değişik şekillerde sınıflandırılabilir.Isı değiştirgeçlerinde şekil ve akım türü ne olursa olsun farklı sıcaklıklarda akışkanlar bulunur.sıcak akışkan ısı vererek soğurken soğuk akışkan bu ısıyı alarak sıcaklığı yükselir.Aralarında ısı alışverişi bulunan akışkanların eşanjöre giriş ve eşanjörden çıkış sıcaklıkları bu yüzden farklı olmaktadır.

ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Isı değiştirgeçleri faz değişimine göre ikiye ayrılabilir.

1. Gizli Isı Değiştirgeçleri: Isı değiştirgeci içinde yoğuşma ve buharlaşma gibi bir faz değiştirme işlemi varsa bu tiplere verilen addır.

2. Duyulur Isı Değiştirgeçleri: Isı değiştirgeci içinde faz değişimi işlemi yok ise verilen addır.

Sıcak ve soğuk akışkanların karışmasına göre 3’e ayrılır.

1.Karışımlı Isı Değiştirgeçleri: Her iki akışkan değiştirgeç içinde karışarak ısı alışverişi gerçekleşir.

2.Regeneratörler: Regeneratörler, metal ve reflaktörlerin kullanıldığı bir ısı transfer ortamına sahip döner elemanlı ısı değiştirgeçleridir. Sıcak ve soğuk akışkanlar aynı kanallardan ardışık olarak geçmektedir. Ortam belli bir zaman süresince sıcak atık gazlarla ısıtılır. Isı enerjisi kanal duvarına aktarılmakta ve depolanmaktadır.

Ön ısıtılacak soğuk hava daha sonraki belirli zaman boyunca ortamdan geçerek bu ortamın ısısını alır. Depolama ve boşaltma biçiminde oluşan bu aktarım periyodik olarak devam etmektedir. Ortam değişken olarak atık gazlarla ısıtılmış ve yanma havasıyla soğutulmuş olur.

Regeneratif tip ısı değiştirgeçleri ikiye ayrılabilir:

a)Sabit Matrisli Regeneratif Isı Değiştirgeçleri: Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Örneğin; cam eritme fırınlarında yüksek sıcaklıklı fırınlarda.

b)Döner Matrisli Regeneratif Isı Değiştirgeçleri: Düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Örneğin;buhar kazanları. Düşük sıcaklıktaki atık ısı değiştirgeçlerinin kullanımı genelde ekonomik olmamaktadır. Bunun sebebi atık ve taze akışkanlar arasındaki sıcaklık farkının küçük olması, atık akışkanın tasarım ve işletim yönünden sınırlama getiren özelliklerdir. Döner tip ısı değiştirgeçleri sıcaklık farklarının düşük olduğu, akışkanlar arasında nem transferinin istendiği durumlarda uygun olmakta bu da sistemin ilk yatırım maliyetlerinin düşük olmasını sağlamaktadır.

3. Yüzeyli Isı Değiştirgeçleri: Birbirinden bir sınır yüzeyiyle ayrılmış iki akışkanın aynı anda farklı iki bölgeden geçerken aralarında ısı alışverişinin olduğu ısı değiştirgeçleridir. Bu ısı değiştirgeçlerinde sıcak akışkan, bir giriş sıcaklığından bir çıkış sıcaklığına kadar soğurken, ısıtılmak istenen soğuk akışkan bir giriş sıcaklığından bir çıkış sıcaklığına kadar ısınır. Yüzeyli ısı değiştirgeçlerinde ısı değişimi süreklidir. Sıcak ve soğuk akışkanlar öngörülen bölmelerden süratle geçerken sıcak akışkandan soğuk akışkana ısı transfer edilir.

Yüzeyli ısı değiştirgeçleri ısıtma yüzeylerine göre ikiye ayrılırlar

1. Borulu ısı değiştirgeçleri

2. Levhalı ısı değiştirgeçleri

Yüzeyli ısı değiştirgeçlerinin akış şekline göre sınıflandırılması:

Akıma göre sınıflandırma, esas olarak tek geçişli ve çok geçişli olmak üzere iki temel gurupta toplanabilir.

1.Tek Geçişli Isı Değiştirgeçleri:

Bu tipler ,paralel,ters ve çapraz akımlı olmak üzere üç gurupta toplanabilirler.

a)Paralel Akımlı Isı Değiştirgeci:

Bu akım şeklinde akışkanlar, değiştirgeçin bir ucundan girip,aynı doğrultuda akarlar ve değiştirgecin diğer ucundan çıkarlar.Şekil 1 de bu tip bir düzenleme görülmektedir. Bu tip değiştirgeçlerde soğuk ve sıcak akışkan aynı kesitten girerler.Şekil 2 de ısı değiştirgeci boyunca her iki akışkana ait sıcaklıkların nasıl değiştiği görülmektedir.

b)Ters Akımlı Isı Değiştirgeçleri:

Bu tip ısı değiştirgeçlerinde akışkanlardan biri boru içinden akar.Diğeri boruların dışından ters yönde akar. Ters akımlı ısı değiştirgeçlerinde ortalama logaritmik sıcaklık farkı diğer butun düzenlemelerden daha büyüktür.Diğer tiplere göre daha kompakt ısı değiştirgeçleri olmasına rağmen pratikteki imalat güçlükleri, ısı transfer yüzeyindeki ısıl gerilmeler ve korozyon tehlikesi nedeniyle bir çok uygulamada ters akımlı ısı değiştirgeci tercih edilmeyebilir.Aşağıdaki şekillerden Şekil 3 ısı değiştirgecinin düzenlenmesi, Şekil 4 te desıcaklık değişimleri görülmektedir.

c)Çapraz Akımlı Isı Değiştirgeçleri:

Bu tip akışkanlar değiştirgeç içinde biribirine dik olarak akarlar. Akışkanlar değiştirgeç içerisinde ilerlerken kendisi ile karışabilir veya karışmayabilir. Şekil 5’te şematik olarak gösterilen levhalı ısı değiştirgecinde, akışkanların ikiside karışmamaktadır.Akışkan değiştirgeç içerisinde bireysel kanallar (veya borular) içinde akıyor ise ve bitişik kanal içindeki akışkan ile karışmıyor ise bu akış şekline ”karışmayan” adı verilir.Şekil6 da ise akışkanların biri karışıp diğerinin karışmadığı duruma ait örnek görülmektedir.

Isı geçişinin etkinliği yönünden ısı değiştirgeçleri mukayese edildiğinde en iyi sonucun ters akımlı ısı değiştirgecinde sağlandığı görülür.Çapraz akışlı ısı değiştirgecinde, paralel akımlı ısı değiştirgecine nazaran daha iyi ısı geçişi elde edilmekle beraber , ters akımlı ısı değiştirgeçleriyle mukayese edildiğinde çapraz akımlı ısı değiştirgeci ikinci planda kalmaktadır.

2.Çok Geçişli Isı Değiştirgeçleri:

Bundan once incelenen paralel, ters, çapraz olarak adlandırılan üç tek geçişli işlem, değiştirgeç içerisinde değişik şekillerde ard arda seri halde düzenlenerek çok geçişli değiştirgeç tipleri elde edilebilir.Çok geçişli ısı değiştirgeçlerinin en büyük üstünlüğü değiştirgeç etkinliğini arttırmaktır.iki akışkanın biribirine göre akışı prensip olarak ters şekilde düzenlenmiş ise, bu değiştirgeçlerin etkinlikleri tek geçişli ters akımlı değiştirgeçlerin etkinliğine yaklaşır. Değiştirgeçteki geçiş sayısı kadar fazla ise, bu yaklaşım o kadar iyidir.Çok geçişli ısı değiştirgeçleri, kanatlı yüzeyli,kovan-borulu,levhalı tip olarakdeğişik duzenlemelerde imal edilirler.

a)Çapraz Ters Akımlı Isı Değiştirgeçleri:

Bu tip değiştirgeçler genellikle kanatlı yüzeyli ısı değiştirgeçlerinde tercih edilir.İki veya daha fazla sayıda çapraz geçiş arka arkaya ters akımlı olarak seri halde bağlanır. Yüksek sıcaklıklardaki uygulamalarda, sıcaklığın fazla olduğu geçişlerde sıcağa dayanıklı pahalı malzeme, diğer yüzeylerde ise ucuz malzeme kullanılarak imalat masrafları azaltılabilir.

b)Çapraz Paralel Akımlı Isı Değiştirgeçleri:

Bu duzenleme, bir önceki düzenlemeye çok benzer,sadece akışkanların biribirlerine gore genel akışı paraleldir.

c)Kovan Akışkanının Karıştığı, Paralel-Ters Akımlı Düzenleme:

Bu düzenleme, kovan-borulu ısı değiştirgeçlerinde en çok kullanılan tiptir.En basit olarak şekil 9 ‘da gösterildiği gibi, bir kovan iki geçişli olarak yapılabilir.Sistemde borular bir uçlarından tespit edildiğinden ısıl gerilmeler çok azdır.Kovan tarafındaki akışkan karıştığından, herhangi bir kesitteki kovan akışkanının sıcaklığı sabittir.

d)Kovan Akışkanı Karışmış,Bölünmüş Akımlı Düzenleme:

Bu düzenlemede kovan içinden akan akışkan, kovan ortasından girer,eşit olarak iki kısıma ayrılır ve kovan iki ucundan çıkar.Şekil 11

e)Kovan Akışkanı Karışmış, Ayrık Akımlı Düzenleme:

Bu düzenleme boyunca şaşırtma levhalarının kullanılması ve tek birçıkış ağzı olması nedeniyle bölünmüş akım düzenlenmesinden farklıdır.Şekil 12 de böyle düzenlenmiş iki borulu tip görülmektedir.

f) n-Paralel Levha Geçişli Düzenleme:

Levha tipi değiştiricilerde levhaların çeşitli şekillerde düzenlenmesiyle çok geçişli akımlar elde edilebilir. Levha tipi değiştiricilerde levhalar arasına konulan contanın yeri değiştirilerek yeni tip düzenlemeler kolayca elde edilebilir.

ISI DEĞİŞTİRGECİNİN SEÇİMİ:

Isı değiştirgecinin seçiminde aşağıdaki hususlar göz önüne alınır;

Akışkan hızının artması konveksiyonla ısı transferini iyileştirir,buna karşılık yük kayıplarını arttırır.Bu husus göz önünde tutularak genellikle sıvılar için 0,5-6 m/s, gazlar için 3-10 m/s hızları arasında alınır.Bazen erezyon, titreşim, akış stabilitesi ve gürültü gibi nedenlerle de hız sınırlanır.

Yüzeylerdeki kirlilik ısı transferine ve sürtünmeye etkisi bakımından hesaba katılmalıdır. Bu faktörler değiştirgeç boyutlarının tayininde büyük rol oynar.Örneğin; kirlilik fazla ise ısı akıları düşük tutularak aşırı sıcaklıkartmaları önlenir. Boru çapları da fazla kirlilik halinde geniş tutulmak zorundadır. Aksi halde kesit daralması olur. Kirlilik tabakasını kimyasal yolla çözmek için asit eriyikleri kullanıldığında malzemeyi ona göre (örneğin paslanmaz çelik) seçmek gerekir.

Isı değiştirgeçlerinin imalatında ısı transferi ve akışkanın hareketi için gerekli pompalama gücü daima birlikte göz önünde tutulmalıdır.Yüksek yoğunluklu akışkanlarda pompalama gücü ısı debisinin yanında önemsiz mertebelerde olmakla beraber alçak yoğunluklarda durum böyle değildir, hatta bazı ısı makinalarında 4 veya 10 defa daha büyüktür.

Hız arttırılınca ısı akışı aşagı yukarı hızla orantılı olarak artar.halbuki sarf edilen güç, hızın en az karesi ile orantılı olacak şekilde büyür. Yük kaybının azaltılması için hız düşürülür. Ancak hız düşürülünce yüzeyi büyütmek gerekir, bu ise tekrar yük kaybının artmasına yol açar.Gaz kullanılan değiştirgeçlerde sıvılara göre ısı transferi daha kötü olduğundan yüzeyler çok büyür.Gaz-gaz değiştirgeçleri sıvı-sıvı değiştirgeçlerine nazaran aynı ısı debisi ve pompalama gücü ise takriben 10 misli yüzeylidirler.bu nedenle gaz akışlı değiştirgeçleri küçük yapma çareleri araştırılmış, örneğin kararlı yüzeyler kullanma yoluna gidilmiştir.Değiştirgeci küçültmek için bir başka yolda ısı akısını yüksek tutma çareleri aramaktır. Boru çapları küçük seçilerek ve çapraz sıralı yapılarak ısı akısının arttırılması sağlanabilir.

Isı transferini iyileştirmek için bir yol da yüzeyi parça yaparak sınır tabakadan kalınlaşmasını önlemektir.Kanatlı yüzeyler bu şartı kendiliğinden gerçeklerler. Yalnız yüzeyin parçalı yapılmasının yük kaybını arttıracağını unutmamak gerekir.

Borular içerisinde türülans doğurucu parçalar koyarak da ısı transferi iyileştirilebilir.Bu halde yük kaybının artacağı doğrudur.

Isı transferini iyileştirmek için yukarıda bahsedilenlerden de anlaşılacağı gibi bir ısı değiştirgecinin seçiminde yalnız yatırım değil, işletme masrafları da göz önüne alınmalıdır.Minimum masrafı bulmak için yatırım işletme masrafları ile dengelemek şarttır.

ISI DEĞİŞTİRİCİ TASARIMINDA ETKİLİ BÜYÜKLÜKLER

Isı değiştirgeçlerinde ısıl hesapların yapılabilmesi için ;

1.T1g ,T1ç,T2g,T2ç verilenlerine uygun olarak logaritmik sıcaklık farklı bulunur.

2.Akışkanların giriş ve çıkış ortalama sıcaklıkları bulunur. Tablolardan bu sıcaklıklara ve akışkan cinsine tekabül eden yoğunluk,özgül ısı,ısı iletim katsayısı,Prandtl sayısı,dinamik vizkozite değerleri bulunur.

3.Isı alış-veriş miktarı belirlenir. Bu miktara bağlı olarak bilinmeyen kütlesel debi ve hacimsel debiler belirlenir.

4.Dış çap,iç çap,et kalınlığı,sıcak ve soğuk akışkan hızı seçilerek boru sayısı tespit edilir.

5.Kovan çapı belirlenir.

6.Eşdeğer hidrolik çap belirlenir.

7. Reynolds ve Nusselt değerleri vasıtasıyla boru içinde ve dışındaki boru ısı taşınım katsayıları belirlenir.

8.Toplam ısı geçiş katsayısı belirlenir.

9.Isı transfer yüzeyi bulunur.

10.Boru uzunluğu belirlenir.

11.Soğuk ve sıcak akışkan için için eşanjöre giriş ve çıkış çapları hesaplanır.

ORTALAM ISI GEÇİŞ KATSAYISI “K” HESABI;

Ortalama ısı geçiş katsayısı “K” film katsayılarının belirlenmesinden sonra hesaplanır. Her akışkana ait film katsayısı tespit edildikten sonra boru et kalınlığı ve malzemesi dikkate alınarak “K” hesaplanır.

K=1/Rt olup,

Rt=Riç+Rdış + Rw Rt: Toplam direnç

Riç=1/hiç hiç: İçteki film katsayısı

Rdış=1/hdış hdış: Dıştaki film katsayısı

Rw=L/K Rw: Duvar direnci

Burada L-cidar kalınlığı (m)

K-boru kondüksiyon katsayısı (W/mC)

Film katsayıları bütün konveksiyon türleri için akışkanın sıcaklığına bağlıdır. Eğer akışkan hal değiştirmiyorsa sıcaklığı akış boyunca değişecektir. Dolayısıyla film katsayısıda değişecektir. Ancak film katsayısı akışkanın cihaza giriş ve çıkış sıcaklıklarının aritmetik ortalaması olan sıcaklıkta değerlendirilirse yeterince hassas ortalama film katsayısı elde edilebilir.

Eğer ısı transferi yüzeyleri borulardan oluşuyorsa film katsayısının tespitinden önce muhtemelen boru sayısı ve büyüklüklerin seçilmesi gerecektir. İki akışkan arasındaki sıcaklık farkı genellikle logaritmik sıcaklık farkı olarak tarif edilir.

ΔTm=(ΔTmax – Δtmin)/ ln(Tmax/Tmin)

Burada ΔTm :Logaritmik sıcaklık farkı

ΔTmax :En büyük sıcaklık farkı

ΔTmin :En küçük sıcaklık farkı

KOROZYON VE ÖNLENMESİ;

Atık geri kazanım sistemlerinin tasarımında göz önüne alınması gerekli hususlardan birisi borularda düşük sıcaklık bölgesinde oluşan korozyondur. Cihaz içinde herhangi bir noktadaki boru sıcaklığı, yaklaşık olarak o noktada borunun her iki tarafındaki akışkan sıcaklığının ortalamasıdır. Burada her iki taraftaki ısı taşınım katsayılarının aynı mertebede olduğu var sayılmıştır. Tecrübeler göstermiştir ki korozyona karşı en iyi önlem çalışma sınırları içinde ısıtıcının hiçbir noktasında boru sıcaklığının çiğ noktası sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa düşmeyeceği bir eşanjör tasarımı gerçekleştirmektedir.

Korozyonun önlenmesinde başka bir yöntem ise ters akımlı eşanjör yerine aynı yönlü paralel akımlı eşanjör kullanmaktır. Böylece soğuk akışkan girişte en sıcak akışkanla karşılaşacak,boru cidar sıcaklıkları yükselecektir. Ancak akışkanlar arasındaki sıcaklık farkı düşecek ve bu sebeple ısıtıcı kapasitesinde bir düşüş olacaktır.

Korozyonu azaltmanın diğer bir yolu ise korozyona karşı dayanıklı malzeme kullanmaktır. Özel alaşımlı çelik veya alüminyum kullanılarak gaz sıcaklıklarını daha fazla düşürmek mümkün olabilir. Ancak bu durumda yatırım maliyeti artmaktadır. Bu nedenle verilen sıcaklık değerlerinin altında çalışmak için özel alaşımlı çelikler veya paslanmaz çelik kullanılmaktadır.

Isıtıcının ömrünü artırmak yönünden eğer korozyon önlenemiyorsa kalın malzeme kullanmak başka bir çözüm olarak gerçekleştirilebilir.

ISI DEĞİŞTİRGECİNİN TASARIM HESAPLARI VE BOYUTLANDIRILMASI

Sıcak akışkan:1 no’lu akışkan

Soğuk akışkan :2 no’lu akışkan

Zıt Yönlü Paralel Akımlı Isı Değiştirgeci İçin;

ΔT1=T1g-T2ç=550-85=465 C

ΔT2=T1ç-T2g=260-20=240 C

ΔTm=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

=(465-240)/(ln465/240)=340.9

Aynı yönlü paralel akımlı ısı değiştirgeci için ΔTm logaritmik ortalama sıcaklık farkı zıt yönlü paralel akımlı ısı değiştirgecine göre daha küçüktür. Böylelikle zıt yönlü paralel akımlı ısı değiştirgecinde oluşacak ısı transferi miktarı daha büyük olur. Bu nedenle ısı değiştirgecini zıt yönlü paralel akımlı seçmek daha avantajlı olur.

Akışkanların Madde Fiziki Değerlerinin Belirlenmesi:

Akışkanlarının madde fiziki değerlerinin tespiti için her iki akışkan için ortalama sıcaklık değerinin hesaplanması ve buna göre madde fiziki değerlerinin belirlenmesi gerekir.

Sıcak Akışkanın Ortalama Sıcaklık Değeri:

Tort =(T1g+T1ç)/2 =(550+260)/2=405 C

Cp1= 0,2553 kcal/kgC ρ1= 0.52053kg/m ν1=63.331.10 m²/s

Pr1 = 0.6805 λ1= 0,04454 kcal/mhC

Soguk Akışkanın Ortalama Sıcaklık Değeri:

Tort=(T2g+T2ç)/2=(20+85)/2=52,5 C

Cp2 = 0,241 kcal/kgC ρ2 = 1.0847 kg/m ν2 = 18.17625.10 m²/s

Pr2 = 0.70975 λ2 = 0.02405 kcal/kgC

Soguk Akışkanin Kütlesel Debisi:.

m2=450 kg/h =0.125 kg/s V2 =m2/ρ2=0.125/1.0847=0.12 kg/m

Isı Transfer Miktarının Belirlenmesi:

Burada soğuk akışkanın aldığı ısı sıcak akışkanın verdiği ısıya eşittir.

Q1= Q2= Q

Q2=m1.Cp1. (T1g-T1ç)=mCp2.(T2ç-T2g)=0.125.0.241.(85-20)=1.96 kcal/s

m1=Q2/ Cp1(550-260)=1.96/0.2553.290=0.026 kg/s

V1= m1/ ρ1=0.026/0.52053=0.05 m/s

Değiştirgecin Boyutlandırılması

Kabuller: Boru demetleri içinden sıcak akışkan geçiriliyor.

W1 =9.4 m/s

diç=0,02m=20mm

ddış =0,025=25mm

s=2,5mm

n= 4V1/π.diç.W1=17 adet

hiç Değerinin Bulunması :

Re =W1.diç /ν1 =9.4.0.02/63.31.10 =2968.5>2320 old. akış türbülanslıdır.

Not: Isıl verimin yüksek olması için kabullerde akışın daima türbülanslı olması istenir.

Nu =0,023.(Re ).(Pr ) n=0.3 soğutma için

Nu=0.023(2968.5).(0.6805)

Nu=12.3

hiç=Nu.λ1/diç=12,3.0,04454/0,02=27,4 kcal/mhC

Kovan İç Çapının Tayini ve Boruların Dizilişi:

D=kovan iç çapı

s = boşluk

diç =boru iç çapı

dd = boru dış çapı

t = hatve

δm =delikler arasındaki uzaklık

D" =m.t

dh=hidrolik çap

Tablodan:

d x s = 25 x 2,5 için t =30 mm δm=4,5 mm alınır.

n= 17 adet boru için m =4.5 δk = 10 mm alınır.

D=D"+2δm+dd=135+9+25=169 mm

Soğuk Akışkanın Akış Kesitinin Bulunması:

A=p/4.(D-n.dd)=((0,169)-17.(0,025)) p/4

A=0.014 m

Ç=p(D+n.dd)= p(0,169+17.0,025)=1.9 m

Soğuk Akışkanın Akış Hızının Bulunması:

W2=V2/A=0.12/0.014=8.6 m/s

Hidrolik Çapın Bulunması :

dh=4.A/Ç=4.0,014/1.9=0,03 m

hdış Değerinin Bulunması :

Re =W2.dh/ν2 =8,6.0,03/18.17625.10 =14194>2320 (akış türbülanslı)

Nu =0,023. (Re ). (Pr )=0,023.(14194).(0,70975)=42

hdış = Nu .λ 2/dh =42.0,02405/0.03=33,67 kcal/mhC

Toplam Isı Geçiş Katsayısının Belirlenmesi:

Malzemenin ısı geçiş katsayısının yüksek tutulması, hem toplam ısı geçiş katsayısının artmasına hem de daha verimli ısı transferinin gerçekleşmesine vesile olacaktır. Bunun içinde elverişli olan dökme demir malzemenin kullanılmasıdır.

λm =53 kcal/mhC

1/K=1/hiç +L/ λm +1/hdış

1/K= 1/33,67+0,0025/53+1/27,4

K=15,2 kcal/mhC

Boru Uzunlugunun Bulunması:

Q= K.A.ΔTm

Q=K.π.d.n.L.ΔTm buradan;

L=Q/(K.π.d.n.ΔTm)

A=1,96.3600/15,2.340,9=1.36

L=1,36/3,14.0,025.17=1.0 m

Isı değiştirgeci tasarımında L/D oranı önemlidir. Eğer L/D oranı 3-8 arasında ise yapılan tasarım standartlara uygun olarak tasarlanmıştır.

L/D=1.0/0.169=5.9 olarak bulunur.

Sıcak Akışkanın Isı Değiştirgecine Giriş ve Çıkış Çaplarının Hesabı:

Sıcak akışkanın ısı değiştirgecine giriş ve çıkıştaki alanı sıcak akışkanın debisine,hızına ve yoğunluğuna bağlı olarak

A1g=m1/W1.ρ1

Örneklerle Isı Transferi (Sadık KAKAÇ) Tablo 29’dan

550 C için ρ1=0,43025 kg/m

260 C için ρ2=0,66274 kg/m

A1g=m1/W1.ρ1=0,026/9,4.0.43025=0.006 m

d1g=(4A1g/p)½=(4.0,006/3.14) ½=0,09 m

A1ç=m1/W1.ρ2=0,026/9,4.0,66274=0,004 m

d1ç=(4A1ç/p)½=(4.0,004/3,14) ½=0,07 m

Soğuk Akışkanın Isı değiştirgecine Giriş ve Çıkış Çaplarının Hesabı:

Soğuk akışkanın ısı değiştirgecine giriş ve çıkıştaki alanı soğuk akışkanın debisine,hızına ve yoğunluğuna bağlı olarak

A2g=m2/W2.ρ2

Örneklerle Isı Transferi (Sadık KAKAÇ) Tablo 29’dan

20 C için ρ2=1,2045 kg/m

85 C için ρ2=0,97955 kg/m

A2g=m2/W2.ρ2=0,125/8,6.1,2045=0.01 m

d2g=(4.A2g/p)½=(4.0,01/3,14) ½=0,12 m

A2ç=m2/W2.ρ2=0,125/8,6.0,97955=0,01 m

d2ç=(4.A2ç/p)½=(4.0,01/3,14) ½=0,11 m

SONUÇ VE DEĞERLENDİRME

Isı değiştirgeçleri tesisin termik verimini arttırmak, çevrimin tamamlanması gibi yönlerden başka, imal edilen ürünün kalitesi yönünden de önemlidir. Örneğin ısıl işlem tekniğinde çoğu kere belirli bir sıcaklığa getirilen bir madde ya ekzoterm reaksiyonlar sonucunda ısı açığa çıkarır veya endoterm reaksiyonlar sonunda ısıya ihtiyaç gösterir.Sıcaklık birinci halde artar,ikinci halde azalır.Sıcaklığın yükselmesi, reaksiyona katılan maddede parçalanmalara, ayrışmlara sebep olabilir. Düşük sıcaklıklarda ise reaksiyon iktisadi olmayacak şekilde yavaşlar. Bu gibi tesislerde sıcaklığın belirli bir değerde tutulması gerekir. Bu gibi sebeple ısı değiştirgecinin önemi kolayca anlaşılır.

Isıl gerilmelerin durumlarında paralel akımlı düzenler tercih edilir.Aksi taktirde ayna ve bağlantılı yerlerde kopma meydana gelebilir.

Ters akımlı ısı değiştirgeçlerinin tasarımı yapılırken enerji tasarrufuna, kaliteli madde kullanılması, sağlık açısındanda yiyecek maddeleri ve çelik arasında temassız ısı geçişi gerçekleştirilmesine dikkat edilmelidir.

Isı mühendisliğinin konusu olan ısı değiştirgeçleri hesabı her mühendisin meslek hayatında mutlaka karşılaşacağı ve bu sebeple öğrenmek zorunda olduğu hesaplardan bir tanesidir.

LİTERATÜR

1. Prof. Dr. KAKAÇ S. “Örneklerle Isı Geçişi”

2. Prof. Dr. DAĞSÖZ A.K. “Isı Geçişi Transferi”

3. Prof. Dr. “ONAT K.,GENCELİ O.F., “Buhar Kazanları Isıl

ARISOY A. Hesapları”

4.Türk Isı Bilimi Kongre Kitapları

Klor – Alkali Endüstrileri

06 Kasım 2007

KLOR – ALKALİ ENDÜSTRİLERİ

SODYUM KARBONAT, SODYUM HİDROKSİD, KLOR

Üçünün de hemen hemen tümü, sabun ve deterjanlar, elyaf ve plastikler, cam petrokimyasal maddeler, odun hamuru ve kağıt, gübreler, patlayıcı maddeler, çözücüler ve diğer kimyasal madde yapımı için, endüstride kullanılırlar.

SODYUM KARBONAT

Sodyum karbonat (soda, soda külü, Na2Ca2) ………… bir katıdır. Genellikle %99,3 Na2Ca3 içerir.sodyum oksid içeriği temeline göre(genellikle %58 dir) satılır.

SODYUM KARBONAT ÜRETİMİ

Üç farklı üretim şekli il elde edilir.

Amonyak- Soda prosesi (Solvay Prosesi)

Doğal truna (Na2Ca3.NaHCo3.2H2O) cevherlerinden geri kazanma

Doğal alkali tuz çözeltilerinden geri kazanım.

AMONYAK-SODA PROSESİ

1865’de Belçikalı Ernest Solvay tarafından geliştirilip üretime geçildiği için genellikle Solvay Prosesi şeklinde isimlendirilir.

Hammadde: tuz, kireçtaşı ve ……….(veya gaz)tır. Amonyağcı prosesde ……………….. olarak bakılır.

Solvay Prosesinin Ana Basamakları:

Tuz çözeltisinin hazırlanması ve temizlenmesi

Amonyak ile doyurma

Karbonatlaştırma

Çöken NaHCo3 ın süzülmesi, yıkanması

NaHCo3 ın kavrulmasıyla Na2Ca3 elde edilişi

Amonyağın geri kazanılması

1. Tuz Çözeltisinin Hazırlanması ve Temizlenmesi:

Tuzlu su hazırlanması: Tuz çözeltisi düşük konsantrasyonlarda bulunan Ca ve Mg tuzlarından temizlenmelidir yoksa bunlar amonyak ile doyurma esnasında ……………….yüzeylerinde çökerler ve ayrıca Na2Ca3 son ürününde çözünmeyen safsızlıklar meydana getirirler. Ca, sodyum karbonat ile CaCO3 halinde ve Mg da kireç veya sodyum hidroksit ile Mg(OH)2 halinde çöktürülür.

CaSO4+ Na2Ca3 ® CaCO3+Na2SO4

CaCl2+ Na2Ca3 ® CaCO3+2NaCl

Ca(CH)2+ Na2Ca3 Û CaCO3+2NaOH

MgCl2+2NaOH ® Mg(OH)2+2NaCl

MgSO4+2NaOH ® Mg(OH)2+Na2SO4

Çöktürücü maddelerin ufak bir asırısını kullanmak suretiyle tam çöktürme sağlanır. Tuz çözeltisi, çöktürme maddeleriyle karıştırılır ve sonra çökeltilerin flokülasyonu için orta derecede bir ……………..yapılır. berrak ve saflaştırılmış tuz çözeltisi, amonyak absorblama basamağına gönderilir.

2. Tuz Çözeltisinin NH3 ile Doyurulması :

Saflandırılmış derişik tuz çözeltisinden, karşıt akım prensibiyle, gaz NH3 geçirilir.

Önce tuz çözeltisinden, vakum süzgeçleri içerisinden çekilen ve içinde az miktar amonyak taşıyan hava geçirilir. Havanın içindeki NH3, tuz çözeltisi tarafından absorblanarak geri kazanılmış olur. Bu yıkama işlemi, dolgu maddeli bir absorblama ünitesinde yapılır. Tuz çözeltisi daha sonra, ikinci bir dolgu maddeli yıkama kolonundan geçilir, ………………..ise, karbonatlaştırma kulelerinden çıkan gazların sürükledikleri amonyak ve karbondioksit absorblanarak geri kazanılır.

Yıkama kolonundan çıkan kısmen amonyaklaştırılmış tuz çözeltisi daha sonra, ana NH3 absorblama kolonuna gönderilir. Bu absorblama kolonunun tabanından, NH3 destilleyicisinden gelen gaz NH3 (ve az CO2) verilmektedir. Buna daha önce taze amonyak katılmıştır. NH3 absorblama kolonunda, absorblanma ısısını gidermek için su soğutmalı borulu veya plakalı ısı değiştiriciler kullanılır. Kolonda sıcaklığın 60° C’nin üzerine çıkmasına izin verilmez. Absorblama kolonları kok, seramik, plastik dolgulu kolonlar olabildiği gibi, kampana raflı kolonlarda olabilir.

3.Karbonatlaştırma :

Amonyaklı doymuş tuz çözeltisinin karbonatlaştırılması, genellikle iki kule kullanmak suretiyle yapılır. İlk kuleye

2 NH3 (çöz) + H2O(ℓ)+CO2(g) → (NH4)2 CO3(çöz) reaksiyonu ile amonyağı (NH4)2 CO3 a dönüştürmek için yeterli miktarda CO2 gazı gönderilir. Bu ilk kuleye (ön karbonatlaştırma kulesi) çoğunlukla daha seyreltik CO2 verilir. İlk kule olarak NaHCO3 ile kirlenmiş bir karbonatlaştırma üretim kulesi kullanılır. Bunun tabanından alınan çözelti daha sonra diğer karbonatlaştırma-üretim kulelerinin tepelerine gönderilir. Bu kulelerin tabanlarından yüksek yüzdeli (N%90)CO2 yaklaşık 3 atm basınç altında verilmektedir.

İlk kirlenmiş kulede oluşturulmuş amonyum karbonat ise “ karbonatlaştırma üretim” kulelerinde, amonyum bikarbonata dönüşür ve bu da tuz ile NaHCO3 verir. Sodyum bikarbonat, çalışma şartlarında kristalleşerek ayrılır.

(NH4)2CO3+CO2(g)+H2O(ℓ) → 2NH4HCO3(çöz)

NaCl(çöz)+NH4HCO3(çöz) → NaHCO3(s)+ NH4Cl(çöz)

4.NaHCO3 ın süzülmesi yıkanması :

Suspensiyon, bir döner süzgeçte vakum altında süzülür. Döner süzgeçteki vakum, sodyum bikarbonatı süzüp kurutmaya ve amonyağı geri kazanmaya yarar.

5.NaHCO3 kavrulması ile Na2CO3 elde edilmesi :

Temizlenmiş ham NaHCO3, %14-16 nem ile az miktarda NH4HCO3(%3-3,5) içerir.

2NaHCO2 → Na2CO3+CO2+H2O

Reaksiyonuna göre bir döner kavurma silindirinde (kalsinatör) 175-225ºC lerde kavrulur. Nemli NaHCO3 ‘ün silindirin iç yüzeylerine yapışmaması için buna bir miktar kavrulmuş ürün katılarak nem yaklaşık %7 ye düşürülür. Reaksiyonda elde edilen Na2CO 3, kalsinasyon silindirinden yaklaşık 200-220 ºC de çıkar, döner soğutucularda soğutularak depolamaya gönderilir. Oluşan yan ürün CO2 ise karbonatlaştırma kulesinde kullanılır.

6.Amonyak Geri Kazanılması :

Amonyak soda prosesinin ekonomik başarısı proseste kullanılan amonyağın hemen hemen tamamının geri kazanılmasına bağlıdır.

Amonyağın büyük bir kısmı sodyum bikarbonat süzüntüsünde ve NaHCO3 yıkama suyunda NH4Cl şeklinde ve daha az miktarlarda amonyum hidroksit karbonat, bikarbonat ve karbonat şeklindedir. Ayrıca tuz çözeltisinin amonyakla doyurulması basamağında meydana gelen çamurda da amonyak mevcuttur.

Amonyak içeren bütün çözeltiler ve tortular, amonyak geri kazanma sistemine gönderilirler. Çözeltiler, bir amonyak destileyicisinde (şekil) amonyum karbonat ve bikarbonatı bozundurularak amonyağın serbest hale geçirilmesi için, ısıtılırlar. Ön-ısıtma işleminden önce, korozyonu minimuma indirmek için, sülfür çözeltisi katılabilir. NaHCO3 süzüntüsü, destileyiciyi terk eden gazlar tarafından indirekt olarak ön ısıtılır. Isınmış besleme çözeltisi daha sonra destileyicinin dolgu maddeleriyle doldurulmuş veya kampana raflı olan ana bölüme girer ve burada ısı ile, serbest amonyum bileşikleri (amonyum hidroksit, karbonat, bikarbonat, karbonat) bozundurulur ve aşağıdan gelen su buharı, serbest amonyağın ve karbondioksitin hemen hemen tümünü yukarıya sürükler. Sıcak çözelti, daha sonra iyice karıştırılan ayrı bir kireçleme tankına gönderilir ve burada genellikle kireç sütü (veya susuz kireç) ile reaksiyona sokulur; süzüntüde bulunan bağlı amonyum bileşiği olan amonyum klorür, kireç sütü ile reaksiyona girerek serbest amonyak ve kalsiyum klorür verir. Kireçlenme tankından çıkan ve kalsiyum klorür, sodyum klorür, amonyum hidroksit ve bir miktar kalsiyum hidroksit fazlası içeren sıcak çözelti (reaksiyona girmiş süzüntü), destilleyicinin en alttaki bölümün üst kısmından aşağıya gönderilir. Destilleyicinin tabanından düşük basınçlı su buharı verilmektedir. Su buharı, bu çözeltiden amonyağın hemen tamamını, %0,001 lik bir artık kalabilecek şekilde, sürükleyip yukarıya çıkarır. Yükselen buharlar, daha önce de belirtildiği gibi, dolgu maddeli bölüm içinden yukarıya çıkarak aşağıya akan çözeltiden CO2’ i sıyırıp alırlar. Destilleyici tabanından dışarı alınan “destilleyici kalıntısı” kalsiyum klorür, reaksiyona girmemiş sodyum klorür ve kireç fazlasını içerir ve yoğunlaşan su buharı ve kireci reaksiyona sokmak için kullanılan su ile seyrelmiş bir durumdadır. Destilleyici kalıntısı ayrıca, kireçte bulunan inert solid maddeleri de içerir. Kalsiyum klorür gazı tesislerde, bu çözeltinin bir kısmından geri kazanılır, fakat sınırlı olan kalsiyum klorür gereksinimi dolayısı ile bu çözeltinin çok büyük bir kısmı atılır.

KİREÇ VE CO2 ÜRETİMİ

ÇAMAŞIR SODASI Na2CO310H2O

Çamaşır sodası (sodyum karbonat dekalnitrat) sodyum karbonatı sıcaksuda çözmek, çözeltiyi soğutmak ve NaCO310H2O kristallerini ayırmak suretiyle elde edilir. Bu kristaller daha sonra öğütülür.

DİĞER KAYNAKLARDAN SODA ÜRETİMİ

Solvay yöntemi ile tuzdan yapılan soda üretimi, bir çok ülkede doğal soda üretimi ile rekabet edemediği için, gün geçtikçe azalmaktadır.

Günümüzde daha çok, sodyum karbonat içeren minerallerden veya bunların göllerde toplanan çözeltilerinden yapılan soda üretimi yöntemleri öncelik almış görünmektedir.

Mineraller içerisinde en önemli soda cevheri,Trona’dır. Nahkolit ile Dawsonit de bitümlü şistler içerisinde çok önem kazanacak soda kaynakları olarak görünmektedir.

Türkiye’de soda kaynakları olarak şimdilik doğuda Van Gölü ve çevresindeki birkaç göl ve trona cevheri yatakları olarak da Beypazarı(Ankara) depozitleri bilinmektedir.

Doğal sodanın sentetik sodaya nazaran daha ucuza mal edilmesinin başlıca nedeni, sentetik soda üretimindeki :

a) Karbondioksit ve kireç üretimi ve dolayısıyla kok ve kireçtaşı kullanılmasını

b) Tuz çözeltisi sağlanması ve arıtılması ve dolayısıyla tuz kullanılmasını

c) Amonyağın geri kazanılması ve dolayısıyla amonyak kullanılmasını

d) CO2+Tuz çözeltisi + Amonyak → Ham sodyum bikarbonat üretim tesislerini,

ve bu hususlarla ilgili işlemleri ortadan kaldırarak direkt olarak ham sodyum bikarbonata tekabül eden Trona veya benzeri minerallerin yeraltından doğrudan çıkarılmasıdır.

TRONA SAFLANDIRMA PROSESLERİ

Trona bileşimi Na2CO3 . NaHCO3 2H2O olan doğal bir sodyum tuzu mineralidir. Trona cevherini saflandırmak için genellikle iki tip proses vardır.

1) Monohidrat prosesi

2) Sodyum sesquikarbonat prosesi

Monohidrat Prosesi

Trona cevheri, klasik madencilik yöntemleriyle kuru olarak yeryüzüne çıkarılır. Büyük parçalar konkasörden geçirilerek ufalanır. Ufalanmış cevherdeki sesquikarbonat, direkt alevli döner bir fırında 160-200ºC de kavrularak, karbondioksit ve su çıkışı ile bozundurulur.

2Na2CO3 NaHCO32H2O(s) → 3Na2CO3(s) + CO2+ 3H2O

Kavrulmuş kütle, saf olmayan soda olarak, tanklarda su veya seyreltik soda çözeltileriyle karıştırılarak, soda ile birlikte sodyum klorür, sodyum sülfat gibi çözünebilir safsızlıklar çözündürülür. Kil, kalsiyum karbonat içeren kompleks tuzlar ve kabuk ……………… ibaret çözünmeyen kısımlar, doygunluğa yakın derişiklikteki sıcak soda çözeltisinden ayrılırlar. Sodyum karbonat kayıplarını azaltmak için bu basamaktan çıkan atık solidler atılmadan önce yıkanır. Süzülmüş çözelti genellikle, çözünür organik bileşiklerin giderilmesi için aktif kömür kulesinden geçirilir; çok tesirli buharlaştırmalı kristalizasyon cihazlarında maksimum 100ºC civarındaki bir sıcaklıkta (monohidratın susuz sodaya geçiş sıcaklığının altında) kristallendirilir.

Kristalizörlerden, safsızlıkları gidermek için, bir boşaltma işlemi yapılabilir. Sodyum karbonat monohidrat kristalleri santrifüj edilerek ayrılır.

Sodyum Sesquikarbonat Prosesi

Trona cevheri kuru madencilik yöntemleriyle çıkarılır, kırıcılarda ufalanır ve bir seri çözündürücüde çözündürülür. Doymuş çözeltinin durulma ve sonra da süzülme ve aktif kömür vasıtasıyla organik bileşiklerden arındırılarak saflandırma işlemlerinden sonra vakum kristalizörlerinde buharlaştırılması ve 40ºC ye soğutulması suretiyle sodyum sesquikarbonat kristalleri oluşturulur. Kristaller santrifüj edilerek ayrılır, ana çözelti çözündürücüleri geri gönderilir. Sesquikarbonat kristalleri, döner kavurucularda yaklaşık 200ºC de, sodyum karbonat, karbondioksit ve su buharına bozundurulur. Susuz soda ürününün hacim ağırlığı yaklaşık 800 kg/m3 dür ve ağır soda üretimi için ikili bir kavurma işlemi gerekmektedir. Kavurmadan sonra soda soğutulur ve depolanır.

GÖLLERDEN SODA ÜRETİMİ

Bunlar, trona için olandan daha karmaşık yöntemlerdir. Çünkü tuzlu suların bileşimi karmaşıktır.

Searles Gölünden Soda Üretimi:ABD’de Kaliforniya’da Searles Gölü’nden, alt ve üst tuzlu su düzeylerine kadar inen kuyulardan, derişik tuzlu su çözeltisi elde edilmektedir. Bu tuzlu sular içinde sodyum karbonata ek olarak daha birçok mineral, çözünmüş bir şekilde bulunmaktadır.

Birinci yöntemde tuzlu su doğrudan doğruya karbonatlaştırma kulesine pompalanır. Bu kulede, kireç fırınından gelen CO2 ile sodyum bikarbonat kristallerine dönüşür, bu kristaller tuzlu su çözeltisinden süzülerek ayrılır, yıkanır kurutulur ve kavrularak sodaya dönüştürülür. Bu yöntemde başlıca yan ürün borakstır.

İkinci yöntem birinciye oranla daha karışıktır. Tuzlu su buharlaştırılır ve Na2CO3 içeren bir çift tuz olan burkeit (Na2CO32Na2SO4) kristalleri çöktürülür. Burkeit, süzülerek tuzlu sudan ayrılır. Tuzlu su, diğer yan ürünler üretimi için başka işlemlere gönderilir. Burkeit tekrar suda çözündürülür ve sodyum sülfatı çöktürmek için soğutulur. …………..tuzu şeklinde çöken sodyum sülfat kristalleri ayrılarak uzaklaştırılır. Daha fazla sodyum sülfat çekmek için NaCl katılır. Sodyum karbonatın çoğunun Na2CO310H2O veya trona şeklinde kristallenmesi için soğutmadan önce aşı olarak çözelti içerisine burkeit katılır. Na2CO310H2O nun kristal suyu buharlaştırılır ve sonuçta sodyum karbonat monohidrat ve bu ürünün de kavrulmasıyla ağır soda elde edilir. Bu yöntemdeki yan ürünler, sodyum sülfat, potasyum klorür ve boraksdır.

TÜRKİYE SODA YATAKLARI


Destekliyoruz arkada - arkadas - partner - partner - arkada - proxy - yemek tarifi - powermta - powermta administrator - Proxy