Ünite 2: Laboratuvarda Temel Hesaplamalar

Seyreltme (Sulandırma)

Çözücü ilave etmek suretiyle çözeltinin derişiminin azaltılması işlemine seyreltme veya sulandırma denir. Bu iş için genellikle distile su kullanılsa da zaman zaman başka çözücüler de kullanılabilir. Seyreltmeden ötürü meydana gelen madde derişiminin azalmasını düzeltmek için hesaplanan faktöre de sulandırma faktörü denir. Seri sulandırma genellikle 1/1, 1/2 , 1/4, 1/8,1/16 ... şeklinde olur. Bir çözeltiyi 1/2 oranında seyreltmek, 1 hacim çözeltiye 1 hacim su ilavesiyle olur. Elde edilen bu 1/2‘lik çözeltiden 1 hacim alınıp, 1 hacim su ilave edilirse 1/4’lük çözelti elde edilir.

Yoğunlaşma/Yoğunlaştırma

Bir çözeltinin hacmi azaltılarak çözünen partikül sayısını artırma işlemidir.

Böbrekte Seyreltme-Yoğunlaştırma Testi:

Test tubuler ozmotik etkinliğin anormal koşullara (Su diürezi veya susuzluk) ne derecede uyum sağlayabildiğini gösterir ve tubullerin en üst fonksiyonu hakkında bilgi verir. Seyreltme Testi, Su diürezi sırasında böbreklerin en üst düzeyde sulandırılmış idrar meydana getirebilme yeteneğini gösterir. Yoğunlaştırma Testi , Susuz bırakıldıktan sonra böbreklerin en üst düzeyde yoğun idrar meydana getirebilme yeteneğini gösterir.

Özgürlük Ağırlık (Dansite) ve Özkütle (Yoğunluk)

Özkütle (Dansite) bir cismin, belirli sıcaklık ve basınç altında, birim hacminin (cm ³ ) ağırlığına özgül ağırlık denir. Cismin ağırlığı G, hacmi V, özgül ağırlığı d ile gösterilecek olursa d= G/V olur. Özgül ağırlık yere bağımlı olarak değişkendir. Ağırlık değiştiğinde özgül ağırlık da değişir.

Özkütle (Yoğunluk) Maddenin 1 cm ³ ünün gram cinsinden kütlesine denir. Özkütle (d) ile gösterilir. Aynı hacime sahip iki cisimden, diğerine göre yoğunluğu fazla olanın kütlesi de daha fazladır. Kütle (m) ve hacim (V) arasında d = m/V bağıntısı vardır. Yoğunluk ölçümleri için laboratuvarlarda dansimetreler yaygın olarak kullanılmaktadır.

pH

Sulu çözeltilerin asidik veya bazik oluşları [H ⁺ ] iyonu derişimine bağlıdır. [H ⁺ ] > 10 ^-7 M ise asidik, [H ⁺ ] < 10 ^-7 M ise baziktir. Eğer H ⁺ iyon derişimi 10 ^-7 M ise çözelti nötrdür. Hidrojen iyonu derişiminin (mol/l) negatif logaritması pH şeklinde ifade edilir. pH = –log [H ⁺ ] ve saf suyun pH’sı 7’dir.

Çözeltiler

Laboratuvarda gerçekleştirilecek değişik testler için çeşitli çözeltilerin hazırlanması gerekir. Bu çözeltilerin hazırlanmasında hedeflenen, çözeltilerin belirli miktarları içerisinde, belirli miktarda çözen ya da çözünen madde olmasını sağlamaktır.

Yüzde Çözeltiler:

Yüzde ile belirtilen çözeltiler ağırlık/hacim, hacim/hacim ve ağırlık/ağırlık olmak üzere 3 çeşit olabilir.

1. Ağırlık/hacim (W/V): Hazırlanmasında ağırlık/hacim esasını benimseyen çözeltilerdir.
2. Hacim/hacim (V/V): Hazırlama sırasında hacim/hacim esası uygulanan çözeltilerdir.
3. Ağırlık/ağırlık (W/W): Hazırlanırken w/w esası benimsenen çözeltilerdir.

Molar Çözeltiler:

Bir maddenin bir molekül gramını ya da formül gramını bir litresinde içeren çözelti bir molardır ve M harfi ile gösterilir. Katı maddelerden veya asitlerden hazırlanabilir. Ozmolar Çözeltiler (osM):

Ozmolar bir çözelti litresinde bir ozmol gram madde içeren çözeltidir. Bir ozmol ozmotik bakımdan aktif bir birimdir. Bu birim molekül, iyon veya radikal olabilir. NaCl suda çözündüğünde ozmotik bakımdan aktif iki partikül (Na ⁺ ve Cl ^– ) verir. Böyle bir ozmolar çözelti litresinde yarım molekül gram (58.5/2 = 29.25 g) madde içerir. O halde 29.25 g/L suda çözündüğünde 1 osM çözeltisi elde edilir. İzotonik olabilmesi için 0.3 osM çözeltisi gerekir. Bunun için 29.25 × 0.3 = 8.775 g NaCl biraz suda çözünür ve su ile litreye tamamlanması yeterlidir. Glikoz ise suda moleküler olarak çözünür. O nedenle 1 M çözeltisi aynı zamanda 1 osM çözeltidir.

Elektrolitler:

Suda çözündüklerinde elektrik akımını ileten bileşiklere elektrolit adı verilir. Bir çözeltinin elektriği iletme kapasitesi, çözeltide bulunan iyonların derişimine bağlıdır. NaCl gibi suda çözündüklerinde tamamen iyonlarına ayrılan bileşikler kuvvetli elektrolit, asetik asit gibi kısmen iyonlaşabilenler ise zayıf elektrolit olarak tanımlanır. Glikoz gibi suda iyonlarına ayrılmayan maddeler, elektrolit değildirler. Kan ve diğer vücut sıvılarında çok sayıda anyon ve katyon bulunur. Vücut sıvılarında bulunan katyon ve anyonların derişimi, iyonların eşdeğerleri (ekivalan, Eq) kullanılarak ifade edilir. Vücut sıvılarındaki iyon derişimi çok düşük olduğu için klinik kimyada miliekivalan (mEq) kullanılır.

Normal Çözeltiler:

Bir maddenin 1 eşdeğer gramını bir litresinde bulunduran çözeltilerdir. H ₂ SO ₄ için eşdeğer ağırlık 98/2=49 hesaplanır. Etkime değeri bileşiğin asit, baz ya da tuz oluşuna göre değişir. Asitlerin değerliği taşıdıkları hidrojen sayısına (HCl’de 1, H ₂ SO ₄ ’de 2 gibi), bazların değerliği de taşıdıkları hidroksil grubu sayısına (NaOH için 1, Ba (OH) ₂ için 2; Al(OH) ₃ için 3) göre hesaplanır. Yükseltgen veya indirgen olmayan basit bir tuzun etkime değeri o tuzun asit veya baz kalıntısının etkime değeridir veya sadece anyon, ya da sadece katyon atomu sayısının anyon veya katyonun değerliği ile çarpılmasıyla bulunur. KMnO ₄ gibi herhangi bir redoks reaksiyona giren bazı tuzların değerliğinin hesaplanmasında ise o tuzun gireceği reaksiyon ortamının asit ya da baz oluşu yani reaksiyon sırasında aldığı veya verdiği elektron sayısı dikkate alınır.

Kolloidal Çözeltiler ve Ozmotik Basınç:

Hücre zarında olduğu gibi bazı zarlar çözgen ve diğer küçük moleküllerin geçişine izin verir, daha büyük molekül yapısı olan çözünenlerin geçişini ise önler. Basit iyon veya küçük moleküllerin geçişine izin veren çok küçük geçitleri bulunan zarlar yarı geçirgen (semipermeabl) zarlardır. Yarı geçirgen bir zar ile ayrılmış farklı derişimlerdeki iki sulu çözeltiden, suyun daha derişik olan çözeltiye geçişi ozmoz olarak adlandırılır. İki yöne doğru su geçişi gerçekleşir fakat derişik bölgeye geçiş daha hızlı olur. Sonuçta seyreltik olan tarafta su miktarı azalır diğer tarafta ise artar ve denge oluşur. Hacim V ve basınç P ise; denge halinde:

V1 × P1 = V2 × P2

Bir çözeltide bulunan partiküllerin yol açtığı basınç, ozmotik basınç olarak tanımlanmaktadır. Ozmotik basınç, partikül sayısına ve partikülün zardan geçme özelliklerine bağlı olarak değişir. Ozmotik basınç için iki birim kullanılır. Bir kilogram suda çözünmüş olarak bulunan partikül sayısı osmolalite, bir litre suda çözünen partikül sayısı ile ozmolarite olarak tanımlanır.

Çözeltilerden farklı olarak katıların, sıvılar içerisinde dağılması ile kolloidler oluşur. Kolloidlerde sıvı içerisinde dağılmış olarak bulunan katı partikülleri, çözeltilerdekinden büyük, süspansoidlerdekinden küçüktür. Katıların sıvı içinde dağılması ile oluşan kolloidlere sol, büyük katı moleküllerinin birleşerek bir ağ yapısı oluşturmaları ile elde edilen kolloidlere ise jel adı verilir. Sıvının sıvı içinde dağılmasından oluşan kolloidlere emülsoidler denir.

Tampon Çözeltiler

Canlı organizmalarda biyokimyasal reaksiyonlar pH’sı belirli ortamlarda gerçekleşir. Laboratuvarlarda deneme sırasında pH değişikliklerinden sakınmak için tampon çözeltiler kullanılır. Az miktarda asit veya baz ilavesine karşılık hidrojen iyonu (H ⁺ ) derişimi sabit kalan çözeltilere tampon çözelti denir. Genel olarak, H ⁺ verebilen maddeler asit, tutabilenler bazdır. Tampon sistemde, genellikle zayıf bir asidin kuvvetli bir baz ile ya da kuvvetli bir asidin zayıf bir baz ile karışımı söz konusudur. Birinci durumda, tampon gücünü asit ortamda, ikincisinde ise alkali ortamda gösterir.

İyi bir tamponlama elde edebilmek için tampon pH’sının pH = pKa ±1 civarında olması gerekir. [Tuz] = [Asit] olduğunda pH = pKa’dır ve pH değişimi en düşük ve tamponlama kapasitesi en üst düzeydedir.

Bir tampon asit eklendiğinde bir baz, baz eklendiğinde bir asit gibi davranır. Az miktarda asit veya baz eklendiğinde pH değişikliklerine direnç gösteren tampon çözeltiler organizmayı pH değişikliklerine karşı korur. Zayıf asit ile konjuge bazının eşit derişimde bulunması halinde (pH = pKa olduğunda) tamponlama kapasitesi en yüksek değere ulaşmaktadır.

Organizmadaki Tamponlar

Hücrede metabolik olaylar sırasında çok fazla miktarda asidik karakterli maddeler üretilir. Bu maddeler 7,35-7,45 arasında sabit tutulması istenen kan pH’sını olumsuz yönde etkileyebilir. Bu durum özellikle akciğer ve böbrekler eşliğinde vücuttaki tampon sistemleri tarafından engellenir. Vücut tamponları ve görev yaptıkları yerler dört başlıkta incelenir.

1. Bikarbonat Tampon Sistemi (HCO ₃ ^– /CO ₂ ): Plazma ve eritrositlerde bulunur. Organizmada kan pH’sının yaklaşık %60’ını tamponlayan sistemdir. Kan pH değeri, plazma bikarbonat derişimi ile akciğerlerdeki CO ₂ kısmi basıncına bağlı bulunan karbondioksit (karbonik asit)/bikarbonat tampon sistemi ile düzenlenmektedir. Bikarbonat tampon sistemi, dokularda sürekli olarak oluşan ve dışarı atılmak üzere dolaşımla akciğerlere taşınan karbondioksidin atılımı ile yakından ilişkilidir.
2. Fosfat Tampon sistemi (HPO ₄ ^-2 /H ₂ PO ₄ ^– ): Plazma ve eritrositlerde bulunur. Esas görevi böbreklerden asitlerin uzaklaştırılmasıdır. Fosforik asidin (H ₃ PO ₄ ) ayrışabilen üç hidrojeninden birinin pK değeri (6.8), fizyolojik pH değerine yakın olduğu için tampon etkisi bulunur. İdrarla atılan ve pozitif yüklü iyonları (H ⁺ , Na ⁺ ) nötralize ederek asit-baz dengesinin düzenlenmesinde böbreğe yardımcı olur.
3. Protein tampon sistemi (proteinat-/Hprotein): Serumda asidik veya bazik yan zincirli amino asit taşıyan bir çok protein tampon olarak davranmaktadır. Hücre içi ortamda en önemli tampon sistemidir. Proteinlerin proton alıcısı veya vericisi olarak hareket edebilme özelliklerine dayalı bir tampon sistemidir.
4. Hemoglobin tampon sistemi (Hb ^– /HHb): Eritrositlerde görev yapar. Hemoglobin toplam kan proteinlerinin tamponlama kapasitesinin %60’ından sorumludur. Bu sistem metabolik olaylar sırasında ortaya çıkan CO ₂ ’i tamponlar.

Derişim, Seyreltme ve Çözeltilerin Özellikleri:

Bir molekülü oluşturan atomların atom ağırlıklarının toplamı molekül ağırlığını verir. Atom veya moleküllerin mol değeri, atom veya moleküllerin sayısına eşdeğerdir. Mol olarak tanımlanan ağırlık, atom veya molekülün gram cinsinden atomik veya molekül ağırlığına eşittir. Bir mol Avagadro Sayısı (6.02x10 ²³ ) kadar molekül bulundurur. Çözeltilerin özellikleri çözünen madde derişimine bağlıdır. Derişim, çeşitli parametreler kullanılarak tanımlanabilir. Bir litre çözeltide bulunan çözünen madde mol sayısı molarite (M), 1000 g çözeltideki çözünen madde mol sayısı ise molalite (m) olarak ifade edilir. Vücut sıvılarında bulunan maddelerin miktarları çok düşük olduğu için genellikle milimolar (mM) kullanılır.

Laboratuvarlarda derişimin molarite (mol/litre) olarak ifade edilmesi kolaylık sağlamaktadır. Bir çözeltinin derişik veya seyreltik olmasının ölçüsünü molarite verir.

Seyreltme Sonrası Derişim:

Çözünen madde miktarı değişmemek koşulu ile çözeltiye daha fazla çözgen ilave edilmesine seyreltme denir. Seyreltme işlemi sonrasında çözeltinin derişiminin belirlenmesi için orijinal derişimin bir seyreltme faktörü ile çarpılması gerekir. Çözelti hacminin artması, derişimin azalmasına neden olur. Derişim değişikliği aşağıdaki formül ile hesaplanır:

V1 × C1 = V2 × C2