M C> C> N a >, w M o, >, ., en sındaki tek fark pH'ın artması veya azalması ile ilgilidir. Klor gazı eklenirse suda H+ iyonu oluşur ve suyun pH değeri azalır. Hipokloritler eklendiği zaman ise H+ iyonu tüketilir ve pH artar. Suda tampon etkisi yapan bikarbonat (HCOJ gibi maddelerin konsantrasyonları na bağlı olarak pH değişi mleri küçük veya büyük olabilir. Arıtma tesislerinde klor gazı normal olarak suya doğrudan tatbik edilmez. Klor önce "besleme suyu" tabir edilen temiz (arıtılmış) bir suda çözünür. Daha sonra besleme suyu klorlanacak olan suya enjekte edilir. Besleme suyunun debisi klorlanacak suyun debisine göre çok az olduğu için, besleme suyu içinde klor konsantrasyonu çok yüksek (3500 mg/L'ye kadar) ve pH çok düşük (pH < 3) olacaktır. Yukarıda yazılı olan reaksiyonları n denge sabitleri Tablo 1'de veril miştir. Bu tabloda verilmiş olan denklemlerin pratikte nasıl kullanıldıkları aşağıda izah edil miştir. Tablo 1 'deki denklemler birleştirilerek C1 2 , HOCI ve OCI· bileşi klerinin her birinin toplam serbest klora oranını ifade eden denklemler çıkarılabilir (bunları burada göstermiyoruz). Bu denklemleri Microsoft Excel programına birer formül olarak girerek (ve klorür (CI-) konsantrasyonunu 50 mg/L kabul ederek) Şekil 1 'deki eğrileri elde ettik. Düz (sürekli) çizgilerle çizilmiş olan eğriler 25°( sıcakl ık ile, kesikli çizgilerle gösterilmiş olanlar ise 0°C su sıcaklığı farz edilerek elde edildi. Klorür (CI-) konsantrasyonu HOCI ve ocı-arasındaki dağılıma fazla etki etmemektedir; yani, pH çok düşük değilse (pH > 4 ise), cı- konsantrasyonunun Şekil 1 'deki eğrilere etkisi ihmal edilebilir. (Bu şekil "ideal çözelti" kabulüyle, yani aktivite katsay ıl arının 1.0 olduğu kabul edilerek hazırlanmıştır. Aşırı tuzlu sular için aktivite katsayıları da hesaba katılmalıdır. -bkz. White (1992), s.1271-1272.- Ayrıca bu şekil in hazırlanmasında triklorür (CIJ oluşumu ihmal ed ilmiştir.) Şekil 1 'de dikey eksen her üç maddenin toplam serbest klora oranını göstermektedir. Bu şekil incelendiği zaman şu hususlar görülmektedir: 1. pH > 3 ise, Cl/aq) konsantrasyonu eser miktardadır. Suya eklenmiş olan klorun hemen tamamı HOCI veya OCI-hallerinde bulunur. 2. pH < 6 ise ocı- konsantrasyonu, pH > 9 ise de HOCI konsantrasyonu çok düşüktür. 3. İçme suları için tipik olan pH değerlerinde (6 ile 9 arası) hem HOCI hem de OCI· mevcuttur; Cl,(aq) ise ihmal edilebilir. 4. Klor gazının tatbikinde kullanılan besleme suyunda pH çok düşük olduğu için hem HOCI hem de q (aq) mevcuttur; OCl·eser miktardadır. 5. Sıcaklık ve klorür ([CI·]) konsantrasyonu da serbest kloru teşkil eden üç maddenin dağılımına tesir etmekle beraber, pH en önemli değişkendir . Hipoklorik asit (HOCI) hipoklorit iyonuna (OCI-) göre daha kuw etli bir dezenfektandır. Bundan dolayı, bir suya tatbik edilen belli bir miktar serbest klorun dezenfektan etkisi pH'a göre değişir. Belli bir miktardaki serbest klor düşük pH değerlerinde (pH < 7) yüksek pH değerlerine (pH > 8) göre çok daha etkili olacaktır. (Örnek 1) 168 1 0.9 0.8 "\ / HOCI C: 0.7 o 0.6 >, ·;; 05 .:ıı: f! 0.4 LL 03 02 oı o o 2 3 5 6 7 8 9 10 pH Şekil 1. Serbest kloru teşkil eden maddelerin pH'a bağlı dağılımı. Reaksiyon Cl2 (g) H Cl,(aq) Cl,(aq) + H,O H HOCI + W + CI· HOCI H H+ + ocı· Denge denklemi ve sabiti H = ICl 2 (aq)J/P 02 H = 4.805x10·6exp(2818.48m KH = [W][HOCl][Cll/[Cl,(aq)] KH = 2.581 exp(-2581,93{f) K, = IH+][OCI I/(HOCI] ln(K.J = 23.184-0,0583T-6908/T Açıklama H = Henry sabiti (mol/L-atm) P 02 = cı, kısmi basıncı (atm) T = sıcaklık (Kelvin) KH = denge sabiti (mol2/L2 ) T = sıcaklık (Kelvin) K, = denge sabiti (mol/L) T = sıcaklık (Kelvin) Tablo 1. Klorlama kimyasında önemli reaksiyonlar ve denge sabitleri. Örnek 1: Bir arıtma tesisindeki gaz ile klorlama teçhizatının ürettiği çözeltide (besleme suyunda) 3500 mgll toplam serbest klor varsa ve çözeltinin pH'ı 3 ve sıcaklığı 20°( ise, bu çözelti ile temas halindeki bir atmosferdeki klor gazı konsantrasyonu (denge hali erişi l i rse) ne olur? pH = 3 olduğuna göre IH+] = 0.001 mol/L hesapla nı r. 20°( sıcaklı ktaki denge sabitleri Tablo 1'deki ifadelere göre hesaplanınca şu değerler bulunur: KH = 0,00038612, K, = 2,58x10·8 , H (Henry sabiti) = 0,072. Bu problemde dört bilinmeyen vardı r: JCl 2 (aq)], [HOCI], [OCI·], [CI-]. Bu bilinmeyenleri bulmak için dört bağımsız denkleme ihtiyaç vardı r. Birinci denklem basit bir kütle balansıclır: [Cl,(aq)l+IHOCll+[OCI-] = (3500/70906) mol/L İkinci ve üçüncü denklemler denge denklemleridir (Tablo 1 ): KH = [W][HOCl][Cl-I/[Cl,(aq)] Ka = IW][OCl-]/[HOCI] Dördüncü denklem ise besleme suyundaki klorür miktarını n klor eklenmeden ewel zaten var olan klorür ([Cl-I 0 ) ile klorun hidrolizi neticesi oluşan klorürün toplamına eşit olduğunu ifade etmektedir: [Cl·J = [Cl·J 0 + IHOCII + [OCl·J [Cl·]0=0 değeri küçük ise ve pH=3 olduğu için [OCl-]=O alınırsa bu denklem [Cl"]=[HOCI] takribi eşitl i ğini verir ki, problemin çözümü kolaylaşı r. Bilgisayar ile hesap ya ptığımız için bu basitleştirmeyi kullanmadık. Yukarıdaki dört bilinmeyenli dört denklem sistemini çözmek için Microsoft Excel'de mevcut Solver isimli programı kullanarak şu neticeleri elde ettik: [Cl·] 0 = O ise: [Cl,(aq)] = 0,00508 M, [HOCI] = 0,04428 M, [OCI·] = 0,00000114 M, [CI·] = 0,04428 M Bu durumda P cı, = 0,00508/0,072 = 0,0705 atm bulunur. [Cl-]0 = 250 mgll = 0,00705 M (mol/L) ise: [Cl,(aq)]=0,00573 M,[HOCl]=0,04363 M, [00-]=0,00000113 M,[0-]= 0,05069 M ( f-= Bu durumda Pc12 = 0,00573/0.072 = 0,0796 atm bulunur. f:53
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=