Silisyum Analizi

Silisyum Analizi Nasıl Yapılır? konusuna değinmeden önce Silis Nedir? tanıyalım. Silis, yer kabuğunda bolluk açısından oksijenden sonra yer alır. Çoğu kayalarda oksit ve metallerle birleşik olarak silikat mineralleri halinde bulunur. Silis içeren kayaların parçalanması doğal sularda süspanse ve kolloidal halde bulunan silis bileşiklerinin başlıca nedenidir. Doğal suların silis içeriği 1-30 mg/L aralığındadır. 100 mg/L gibi yüksek konsantrasyonlar, doğal sular için pek alışılmış değildir. Ancak bazı tuzlu sularda ve deniz sularında silis konsantrasyonları 1000 mg/L’yi aşmaktadır.

 

Endüstriyel amaçlarla kullanılan sularda silis istenmeyen bir parametredir. Bunun nedeni silisin özellikle yüksek basınçlı buhar türbini cihazlarında saf silis birikimlerinin oluşmasına neden olmasıdır. Silis giderme için bazik anyon değiştiriciler veya destilasyon işlemi uygulanır.

 

Silisyum analizi için uygulanan A, B ve C metotlarından, A metodu, B ve C metotlarında kullanılan standart sodyum silikat çözeltilerini standardize etmek üzere kullanılır. Bu metot, 20 mg/L’den daha yüksek konsantrasyonlarda silis içeren su numunelerinin silisyum analizi için tercih edilmemektedir. B metodu (Molibdosilikat metodu) 0.45-25 mg/L silis içeren nispeten saf sular için tavsiye edilmektedir. Bu metot ile silis tayininde tanin, renk ve bulanıklık nedeni ile olan girişimler, metot C’ye oranla daha önemlidir. Metot C, heteropoli mavisi metodu olup, düşük silis konsantrasyon aralıklarında (0.04-2 mg/L) uygulanır. Tanin, renk bulanıklık gibi girişimler metot C üzerinde etkili olmaktadır. Metot B’de oluşturulan sarı rengin dayanıklılığı pek uzun olmadığından zamana dikkat etmek gerekir. Doğal suların çoğu için bu metot seyreltmeye gerek duyulmaksızın kullanılabilir. Ayrıca C metoduna kıyasla daha hızlı ve daha basit bir yöntemdir.

 

Silisyum analizi için numunelerin polietilen ve diğer plastik malzemeden yapılmış kaplara alınması ve saklanması gerekir.

 

Molibdosilikat Metodu (Metot B) İle Silisyum Analizi

Amonyum molibdat pH 1.2’de; silisle ve varsa fosfatla heteropoli asitleri oluşturmak üzere reaksiyona girer. Oluşan molibdofosforik asidi parçalamak üzere ortama oksalik asit ilave edilir. Bu reaktif molibdosilisik asidi etkilemez. Numunede fosfat olmasa bile numuneye okzalik asit ilavesi gereklidir. Oluşan sarı rengin yoğunluğu molibdat ile reaksiyona giren silis konsantrasyonu ile orantılıdır.

 

Hem cam malzeme ve hem de kullanılan reaktifler numunedeki silis konsantrasyonu üzerine katkıda bulunduğundan, mümkün olduğunca az silis içeren araç, gereç ve reaktif kullanılmalıdır. Deney esnasında şahit numune ile de çalışılması gereklidir. Tanin, büyük miktarlardaki demir, renk, bulanıklık, sülfür ve fosfat, silisyum analizi sırasında girişime neden olmaktadır. Okzalik asit ile muamele, fosfat girişimini ortadan kaldırmakta, taninden kaynaklanan girişimi ise azaltmaktadır.

 

Molibdosilikat Metodu (Metot B) ile minimum silisyum analizi edilebilir konsantrasyon, 50 ml’lik Nessler tüpleri kullanıldığında yaklaşık 1 mg SiO₂/l’dir.

 

Silisyum Analizi İçin Gerekli Araç ve Gereçler

• Platin kaplar, 100 ml
• Kolorimetrik Cihaz: Spektrofotometre veya fotometre veya nessler tüpleri

 

Silisyum Analizi İçin Gerekli Reaktifler

En iyi sonuçları elde etmek için silis içeriği çok düşük kimyasal maddelerin kullanılması ve tüm reaktiflerin plastik kaplarda saklanması gerekmektedir.

 

• Sodyum bikarbonat, NaHCO₃, toz halde
• Sülfürik asit, H₂SO₄, 1 N
• Hidroklorik asit, HCl, (1+1)
• Amonyum molibdat reaktifi: 10 g (NH₄)₆Mo₇O₂₄.4H₂O) karıştırılarak ve yavaşça ısıtılarak destile suda çözülür ve 100 ml’ye seyreltilir, gerekirse süzülür. Silis içermeyen NH₄OH veya NaOH ile pH 7-8’e ayarlanır ve polietilen şişede saklanır. pH ayarlanmazsa zamanla çökelek oluşabilir. Çözelti cam kapta saklandığı taktirde camdaki silis çözeltiye geçebilir ve hatalı sonuçlara yol açar. Gerekirse, plastik içindeki destile sudan gaz NH₃ geçirilerek silis içermeyen NH₄OH hazırlanabilir.
• Okzalik asit çözeltisi: 7.5 g H₂C₂O₄.2H₂O destile suda çözülür ve 100 ml’ye seyreltilir.
• Stok silis çözeltisi: 4.73 g sodyum metasilikat nonahidrat Na₂SiO₃.9H₂O yeni kaynatılmış ve soğutulmuş destile suda çözülür ve yaklaşık 900 ml’ye seyreltilir. Çözelti 1000 mg/L SiO_; içeren bir stok çözelti elde edecek şekilde ayarlanır ve ağzı sıkıca kapatılmış plastik şişede saklanır.
• Standart silis çözeltisi: 10 ml stok çözelti, yani kaynatılmış ve soğutulmuş destile su ile 1000 ml’ye seyreltilir. Bu çözelti 10 mg/L SiO₂ içerir. Ağzı sıkıca kapatılmış plastik şişede saklanır.
• Kalıcı renkli çözeltiler: Potasyum kromat çözeltisi: 630 mg K₂CrO₄ destile suda çözülür ve 1 litreye seyreltilir. Boraks çözeltisi: 10 g sodyumborat dekahidrat, Na₂B₄O₇.10H₂O destile suda çözülür ve 1 litreye seyreltilir.

 

Silis Deneyinin Yapılışı

Molibdatla reaksiyona girmeyen silikanın da tayin edilebilmesi için numunede NaHCO₃ ile parçalama yapılır. Bu işlem molibdatla reaksiyona girmeyen bütün silisin molibdatla reaksiyona giren şekle dönüştürülmesi için yeterli olmayabilir. Kompleks silikatlar ve yüksek silis polimerleri yüksek sıcaklıkla alkali ile yakma işlemi gerektirebilir. Bütün silikanın molibdat ile reaksiyon verdiği biliniyorsa parçalama işlemine gerek yoktur.

 

Sodyum bikarbonat ile parçalama: Gerekliyse filtrasyon işlemi uygulanarak berrak bir numune hazırlanır. 50 ml veya 50 ml’ye destile su ile seyreltilmiş numune, 100 ml’lik plastik kaba alınır. 200 mg silis içermeyen NaHCO₃ ilave edilir ve buhar banyosunda 1 saat süre ile parçalama işlemi yapılır. Soğutulur ve yavaşça karıştırılarak 2.4 ml 1 N H₂SO₄ ilave edilir. Analize kesintisiz devam edilmelidir. Numune 50 ml’lik nessler tüpüne alınır, işarete kadar destile suyla tamamlanır.

 

Renk geliştirme: Hazırlanan numuneye veya parçalama işlemi gerekmiyorsa sodyum bikarbonat ile parçalama işlemi görmemiş numuneye 1.0 ml (1+1) HCl ve 2.0 ml amonyum molibdat reaktifi birbirini takip edecek şekilde ve hızlı bir şekilde ilave edilir. En az 6 defa ters yüz edilerek karıştırılır. 2 ml okzalit asit çözeltisi ilave edilir ve iyice karıştırılır. Bu andan itibaren en az 2 dakika ve en fazla 15 dakika sonra renk okuması yapılmalıdır. Oluşan sarı renk Beer kanununa uygun olduğundan, fotometrik olarak veya gözle mukayese suretiyle ölçüm yapılır.

 

Standartların hazırlanması: Eğer numunelere NaHCO₃ ile muamele kademesi uygulanmışsa standartlara 200 mg NaHCO₃ ve 2.4 ml H₂SO₄ ilave edilir. Bu işlemin amacı reaktiflerle ilave edilen az miktardaki silisin etkisinin giderilmesidir.

 

Fotometrik ölçüm: Tablo 1’deki konsantrasyon aralıklarını kapsamak üzere, yaklaşık 6 standart yardımı ile kalibrasyon eğrisi hazırlanır. 50 ml Nessler tüplerindeki standart çözeltilere yukarıda açıklanan renk geliştirme işlemi uygulanır. Fotometre, destile su ile %100 geçirgenliğe veya O absorbansa ayarlanır. Reaktif şahit numunenin ve standartların destile suya karşı absorbans veya geçirgenlik değerleri 410 nm’de okunur. Fotometrede okunan absorbans değerleri, mg silis değerlerine karşı grafiğe geçirilerek kalibrasyon eğrisi hazırlanır.

 

Gözle mukayese: Potasyum kromat (K₂CrO₄) ve boraks çözeltileri kullanmak suretiyle kalıcı renk çözeltileri hazırlanır. Bu amaçla Tablo 2’de hacimleri belirtilen çözeltiler karıştırılır ve ağzı kapaklı 50 ml’lik nessler tüplerine konur. Hazırlanan standart silis çözeltilerinin renkleri bu suni kalıcı renk standartları ile gözle mukayese edilir. Böylece numunedeki silis miktarı tahmin edilir.

 

Renk veya bulanıklık düzeltmesi: Düzeltme gereken her numune için özel bir şahit hazırlanır. Bu tip numunelerde, iki paralel deney yürütülür. Birinci numuneye “Renk Geliştirme’deki” tüm reaktifler ilave edilir. Diğer numuneye HCl ve okzalik asit ilave edilir, fakat molibdat reaktifi katılmaz. Fotometrede absorbans veya geçirgenlik okumaları, molibdat içermeyen numune ile sıfır ayarı yapıldıktan sonra alınır.

 

Tablo 1. Çeşitli Silis Konsantrasyonları İçin Işık Yolu Uzunluklarının Seçimi

	Metot B	Metot C
Işık yolu uzunluğu, cm	55 ml son hacimdeki silis miktarı (µg)	55 ml son hacimdeki silis miktarı (µg)
		650 nm dalga boyu	815 nm dalga boyu
	200-1300	40-300	20-100
	100-700	20-15	10-50
	40-250	7-50	4-20
	20-130	4-30	2-10

 

Sonucun Hesabı

mg SiO₂/l = µg SiO₂/ml numune

 

Tablo 2. Gözle Mukayese İçin Kalıcı Renk Standartlarının Hazırlanması

Silis değeri, mg	Potasyum kromat çözeltisi, mL	Boraks çözeltisi, mL	Su, mL
0.00	0.0	25	30
0.10	1.0	25	29
0.20	2.0	25	28
0.40	4.0	25	26
0.50	5.0	25	25
0.75	7.5	25	22
1.00	10.0	25	20