Çözelti, çözücü ve çözünenin türüne göre adlandırılabilir. Örneğin tuz ve sudan oluşan çözelti için “tuzlu su” veya “tuz-su çözeltisi” diyebiliriz. Ancak bu bazen yetersiz kalabilir. Karadeniz’in suyu da Akdeniz’in suyu da Kızıldeniz’in suyu da tuzludur. Ancak hepsinden aynı miktar su aldığımızda her birinde çözünmüş tuz miktarı farklıdır. Bir litre deniz suyunda yaklaşık olarak Karadeniz’de 18 g, Akdeniz’de 36-38 g, Kızıldeniz’de ise 40–43 g tuz bulunur. Filistin’deki Lut Gölü çok daha tuzludur. Lut Gölü’nün suyunun bir litresinde 300-330 g tuz vardır.
Bir de çayımıza attığımız şekerden söz edelim: Bir bardak çaya kaç tane kesme şeker atıyorsunuz? Çayı çok tatlı içiyorsanız 3-4 tane atarsınız. Çok şekerli çay sevenler ise bir kesme şeker atılmış çayı tatsız bulur. Çilek reçeli ile çilek kompostosunun, üzüm suyu ile pekmezin tatlılık oranları da birbirinden farklıdır. Bu örneklerde belirtilen maddelerden tatlılık oranı fazla olan derişik, az olan da seyreltik olarak nitelendirilebilir. Birim hacim çözücü içinde çözünen maddenin miktarı fazlaysa bu çözeltiye derişik çözelti, az ise seyreltik çözelti denir. Seyreltiklik ve derişiklik göreceli kavramlardır. Örneğin iki şekerli çay, bir şekerli çaydan daha derişik, üç şekerli çaydan daha seyreltiktir. Derişikliğin veya seyreltikliğin sınırı belli değildir.
Bir çözeltiyi daha derişik hâle getirmek için ya çözeltinin içindeki çözünen maddenin miktarını artırmak ya da çözücü miktarını azaltmak gerekir. Yemeğimizin tuzu yetersizse biraz daha tuz ekleriz. Böylece çözünen madde miktarı çoğalır ve ilk duruma göre daha derişik çözelti elde edilir. Üzüm suyunu daha derişik hâle getirmek için şeker eklemek uygun olmaz. Üzüm suyunun uzun süre saklanabilmesi için derişik bir çözelti hâline gelmesi gerekir. Bunun için üzüm suyu kazanlara konulup kaynatılır. Kaynama sırasında suyun bir kısmı buharlaşır ve çözelti daha derişik hâle gelir. Pekmez dediğimiz besin ortaya çıkar (Görsel 2.22). Reçel yapımında da aynı yöntem kullanılır. Derişik bir çözeltiyi seyreltmek için çözeltideki çözüneni azaltmak ya da çözücüyü artırmak gerekir. Çözünen maddenin, çözeltiden uzaklaştırılması zor ve zahmetlidir. Bu nedenle çözeltiye biraz daha çözücü eklemek daha kolaydır. Piyasada satılan derişik çözeltilere bir miktar su ekleyerek lezzetli içecekleri kolaylıkla hazırlayabilirsiniz. Ambalajlarında konsantre (derişik) meyve suyu yazan bu ürünler çok tatlı sıvılardır (Görsel 2.23). Konsantre içecek, ambalajındaki yazılı miktarda suyla karıştırılarak seyreltilip içilecek tada getirilebilir. Seyreltiklik ve derişikliğin göreceli kavramlar olduğunu belirtmiştik. Gerek günlük hayatta gerekse endüstride kullanılan maddelerin birçoğu çözeltidir. Örneğin alaşımlar, doğal gaz, benzin, hava, içme suyu birer çözeltidir. Bu çözeltilerin ne kadar çözünen madde içerdiğini bilmek bizim için önemlidir. Bu amaçla göreceli kavramlar yerine çözeltideki madde miktarını ifade eden derişim kavramı kullanılır.
Derişim, belli bir çözücüde ya da çözeltide çözünen madde miktarının bir ölçüsüdür. Derişim değişik birimlerle ifade edilebilir. Çözünen madde miktarını kütle, hacim, mol terimlerini kullanarak belirtebiliriz. Bu terimlerin birbirine olan oranları bize farklı derişim türlerini verir. Kimyada kullanılan derişim türleri yüzde derişim, mol kesri, molarite, molalite, ppm ve ppb olarak ifade edilebilir. Bu bölümde yüzde derişim ve ppm derişimi öğreneceğiz.
a. Yüzde Derişim
Çözeltinin yüzde derişimini kütle/kütle, hacim/hacim veya kütle/hacim türünden belirtebiliriz.
Kütlece Yüzde Derişim (m/m)
100 g çözeltide, çözünmüş maddenin gram cinsinden miktarıdır. Şüphesiz birimin gram olması şart değildir, başka kütle birimleri de (mg, g, kg, ton vb.) olabilir. Daha genel bir ifade ile kütlece yüzde derişim, 100 kütle birim çözeltide, kaç kütle birim çözünen olduğunu gösterir. Örneğin 100 g’lık şekerli su çözeltisinde 20 g şeker olduğunu düşünürsek çözeltinin kütlece yüzde derişimi 20 olur. Diğer bir deyişle çözelti kütlece %20’liktir. Böyle bir çözelti 20 g şekerin 80 g saf suda çözünmesiyle hazırlanabilir. Bazen yüzde derişim kavramı yanlış anlaşılmaktadır. Örneğin %35’lik tuz çözeltisi denildiğinde 100 g suda 35 g tuzun çözündüğü sanılmaktadır. Bu düşünüş yanlıştır. %35’lik tuz çözeltisi deyince 100 g çözeltinin 35 g’ının tuz, 65 g’ının su olduğu anlaşılmalıdır.
Bazı gıda maddelerinin standartlara uygunluğu, asitlik tayini ile tescil edilir. Örneğin bitkisel ve hayvansal yağlarda, serbest asitlerin oranının %1’den fazla, turşularda ise %1’den az ve %2’den fazla olması istenmez (Görsel 2.24). Yine et, süt ve bunların bazı ürünlerinde asitlik miktarı çok önemlidir. Günlük hayatta kullandığımız gazlı içeceklerin içerdiği şeker yüzdesi ambalajlarında yazılarak belirtilir. Normal içecekle diyet içeceğin içindeki maddeleri hiç karşılaştırdınız mı? Aralarındaki fark ne olabilir?
Kütlece yüzde derişimini şu şekilde ifade edebiliriz:
Hacimce Yüzde Derişim (V/V)
Sıvı-sıvı çözeltilerin yüzde derişimleri hacme göre de belirtilebilir. Hacim esasına göre verilen yüzde çözeltiler, 100 hacim birimi (mL, L, m3, vb.) çözeltide, kaç hacim birimi çözünen olduğunu gösterir. Örneğin hacimce %20’lik alkol çözeltisi, 100 mL alkol çözeltisinin içinde 20 mL saf alkol veya 100 L alkol çözeltisinin içinde 20 L saf alkol çözünmüş demektir. Kısaca söylemek gerekirse çözelti ve çözünen miktarları hacim birimiyle ifade edilmelidir. İki çözelti karıştırıldığında Kütlenin Korunumu Kanunu’ndan dolayı çözeltinin kütlesi, çözünen ve çözücü kütleleri toplamı kadardır. Ancak aynı koşullarda bulunan iki çözelti karıştırıldığında oluşan çözeltinin hacmi, çözelti hacimleri toplamına eşit değildir. Karışım sonrası moleküller birbirinin arasına girdiğinden toplam hacim, karışan sıvıların hacimleri toplamından küçük olur. Fakat hesaplamalarda bu, göz önüne alınmaz. Görsel 2.25’te bir çözeltinin nasıl hazırlanabileceği gösterilmiştir.
Kütle ve Hacim Hesabına Göre Yüzde Derişim (m/V)
Çözünenin kütlesinin çözelti hacmine oranını gösterir. Kütlehacim yüzdesini bulmak için çözünenin kütlesini (g), çözelti hacmine (mL) bölüp çıkan sonucu 100 ile çarpmak gerekir. Örneğin 30 g alkol üzerine bir miktar su ekleyip 100 mL çözelti hazırlayalım. Bu çözeltinin kütle-hacim yüzdesi %30’dur.
b. ppm – Derişim (Milyonda Bir Kısım)
Çözünen kütlesi, çözücü kütlesi yanında çok küçük olan çözeltilerde kütlece yüzde derişimi kullanmak zordur. Bazen çok hassas analizlerde derişimler o kadar küçük olur ki derişim birimi olarak “ppm” kullanılır. ppm, milyonda bir kısım anlamında bir derişim birimidir. ppm, İngilizce “parts per million” (part pe milyın) kelimelerinin kısaltılmış şeklidir. Örneğin 5 ppm, bir milyonda beş kısım demektir. Sudaki Hg derişimi 5 ppm denildiğinde 1 000 000 g su örneğinde 5 g cıva (1 kg suda 5 mg cıva) bulunduğu anlaşılır.
İçme sularının analizinde ve havuzlarda sürekli olarak yapılan klor ölçümlerinde ppm derişimi kullanılır. Atmosferde meydana gelen kirlilik değerlerinin ölçümünde kullanılan derişim birimi de yine ppm’dir. Atmosferdeki CO2 miktarının güvenli ve sağlıklı bir çevre açısından belirlenen üst sınırı 350 ppm’dir. Günlük tüketim maddelerinin etiketlerine dikkat ediyor muyuz? Uzun ömürlü gıda maddelerinin ambalajlarında genellikle ürünün içindekiler yazılıdır. Bazı ürünlerin etiketlerinde ise 100 g ürünün içerdiği maddeler tek tek verilir. Görsel 2.26’da günlük tüketim maddelerinden birinin etiketi görülmektedir. Yaygın sulu çözeltiler deyince aklımıza neler gelir? Çeşme suyu, deniz suyu, serumlar, kolonya, şekerli su yaygın kullanılan sulu çözeltilerden bazılarıdır.
Gündelik hayatta kullandığımız çeşme suyu saf değildir. Yeryüzünde bulunan sular; denizlere, göllere ve ırmaklara doğru akarken farklı türlerdeki kayaçlardan geçer. Su iyi bir çözücü olduğu için geçtiği bölgelerde bulunan magmatik ve tortul kayaçların yapısında bulunan kalsiyum ve magnezyum iyonlarının karbonat, bikarbonat ve hidroksitleri ile sülfat, nitrat ve klorür tuzlarını çözer. Bu nedenle sular bulundukları ve geçtikleri bölgelerin özelliklerine göre değişik iyonlar içerir. Ayrıca nehir ya da göllerden sağlanan su, şehir şebekesine verilmeden önce arıtılır. Bu işlem sırasında da suya bazı çökelti oluşturucu ve dezenfektan maddeler ilave edilir. Deniz suyu, denizlerde ve okyanuslarda bulunan sudur. Dünya’daki bütün okyanuslarda ortalama tuz derişimi yaklaşık %3,5’tir. Bu oran, her bir kilogram deniz suyunun yaklaşık 35 gram çözünmüş tuz (çoğunluğu sodyum klorür) içerdiğini gösterir. Dünya üzerinde denizlerdeki tuzluluk oranının farklılık gösterdiğini belirtmiştik. Tuzlu su ile tatlı suyun karıştığı nehir ağızlarında veya buzulların erime bölgelerinde deniz suyu önemli ölçüde daha az tuzludur. En tuzlu açık deniz Kızıldeniz’dir. Aşırı buharlaşma, düşük yağış, denize karışan nehir suyunun azlığı ve kısıtlanmış su döngüsü bu durumun başlıca sebepleridir.
Lut Gölü gibi kapalı havza su kaynaklarında ise tuzluluk kayda değer derecede daha fazladır. Suyun tuzluluk oranının değişmesi, fiziksel özelliklerinde önemli değişikliklere neden olmaktadır. Örneğin suyun donma noktası, tuzluluktaki artışla orantılı olarak düşer. %3,5 tuzluluk oranına sahip su yaklaşık -2 °C’ta donar. Sıcaklığına ve tuzluluğuna bağlı olarak suyun yoğunluğu 1,020–1,029 kg/m3 arasında değişebilir. Bu da suyun kaldırma kuvvetini etkiler. Ayrıca tuzluluk oranına bağlı olarak denizden elde edilecek kimyasal maddelerin ekonomik değerleri değişir. Serum, insan vücudunda kanın beyaz renkli ve sulu kısmıdır. Mikrobik hastalıklara karşı kullanılan, difteri ve tetanos gibi hastalıklarda büyük değeri olan serumlar, kan serumundan elde edilir. Serum; bol albüminli, sulu bir çözeltidir. Serumun bileşimindeki belli başlı maddelerin ortalama değerleri Tablo 2.2’de görülmektedir. Diğer bir serum şekli de tuz veya bazı şekerli maddelerle hazırlanan serumlardır. Bunlar değişik isimler alır. Hastaların durumuna ve ihtiyacına göre bu serumlar tatbik edilir.
Bu serumlar çok zaman hayat kurtarıcı rol oynar. Düşük tansiyonlu, kanamalı ve şokta olan hastalara, ağzından beslenemeyen insanlara, zehirlenenlere, fazla kusanlara ve ishal ile aşırı su ve tuz kaybedenlere bu serumlar süratle uygulanır. Genellikle damardan verilen bu serumlar, bazen de deri altı yolu ile kullanılır. Bazı ilaçların verilmesinde de tuzlu veya glikozlu serumlardan faydalanılır. Hastalandığımızda hastanelerde damar yoluyla bize verilen serum fizyolojiğin tuzlu su çözeltisi olduğunu biliyoruz. Peki tuz ve suyun her oranda karıştırılması ile serum fizyolojik elde edilebilir mi? Yoksa serum fizyolojik belirli bir tuz derişimine mi sahip olmalı? Serum fizyolojik 100 mL’sinde 0,9 g sodyum klorür içeren izotonik bir çözeltidir. Özellikle şeker hastaları için kullanılan şekerli serumlar da vardır. Bunlar şekerli serum olarak geçer ve şekerli su çözeltisidir. Bu serumlarda şeker oranı %5 ile %30 arasında değişen değerlerde olabilir. Hastanın ihtiyacına uygun oranda şeker içeren serumlar kullanılır. Kolonya, ilk geliştirildiği yıllarda günümüzden farklı olarak kozmetik değil, tıbbi amaçla kullanılıyordu. Günlük yaşantınızda sıkça karşılaştığınız kolonya bir çeşit alkol çözeltisinden başka bir şey değildir. Kolonya üretmek için en kullanışlı alkol (C2H5OH) etil alkoldür. Metil alkol zararlıdır ve kullanılmaz. Farklı kokularda kolonya elde etmek için bu çözeltiye çeşitli esanslar katılır. Kolonyanın derecesi (derişimi) önemlidir. Kolonya içindeki alkol miktarı, o kolonyanın derecesini verir. Örneğin 80 derecelik bir litre limon kolonyası elde etmek için 883 mL etil alkol ve 15 mL limon esansı kullanılır. Önce limon esansı etil alkolde çözülür. Sonra çözeltiye damıtılmış su eklenerek çözelti hacmi bir litreye tamamlanır. Bu çözelti özel bir bezle sözülür ve kolonya artık kullanıma hazırdır. Hacimce yüzde 80-96’sı etil alkol, kalan kısmı ise su ve esanstan oluşan kolonya, ağzı kapalı ve güneş ısısından uzak kaldığı sürece ortalama beş yıl bozulmaz.