Basit Bir Arıtma Sistemi Yapalım

Su başlıca içeceğimiz olduğu için içme suyunun temiz olması sağlık açısından hayli önemli. Bu nedenle evlerde çeşme sularını filtre eden arıtma sistemlerinin kullanılmasının gerekli olduğunu duymuş olabilirsiniz. Biz de Deneyler köşesinin bu projesinde evlerdeki su arıtma cihazlarında sıkça kullanılan aktif karbonun suyu kirletici etkenlerden nasıl ayırdığını anlamaya çalışıyoruz.

Bilmekte fayda var!

İçme sularının mikroorganizma, katı parçacık ve zararlı kimyasal madde bulundurmaması gerekiyor. Suyun içindeki maddelerin bir kısmının ise belirli miktarda bulunmasına izin veriliyor. Ülkemizde içme sularının sahip olması gereken özellikler Türk Standartları Enstitüsü tarafından belirleniyor. 

Suyun arıtılmasında farklı yöntemler kullanılıyor. Evlerde kullanılan su arıtma cihazlarında ise su çoğunlukla bir filtreden geçirilerek içinde bulunan yabancı maddelerden arındırılıyor. Aktif karbon bu amaçla yaygın olarak kullanılan maddelerden biri.

Aktif karbon yüksek oranda karbon içeren maddelerden (örneğin kömür, ağaç) üretiliyor. Yapısı kurşun kalemlerde kullanılan grafite benzer ancak daha düzensiz bir yapıya sahiptir.

Aktif karbon, suyun içindeki yabancı maddeleri yüzeyinde tutarak sudan ayrılmalarını sağlıyor. Bu işlem için özellikle aktif karbonun tercih edilmesinin nedeni aktif karbonun yüzey alanının çok geniş olması. Öyle ki 1 gram aktif karbonun yüzey alanı 500-1500 metrekare arasında değişebilir. Yani 10 gram aktif karbonun -yaklaşık 5 çorba kaşığı- yüzey alanı bir futbol sahasının yüzeyini kaplayabilir. Yapısında bulunan çatlaklar ve boşluklar nedeniyle aktif karbonun yüzeyinde suyun içindeki yabancı maddelerin tutunabileceği çok yer vardır.

Suyun içindeki yabancı maddelerin aktif karbonun yüzeyinde tutunmasını sağlayan süreç adsorpsiyon olarak isimlendiriliyor. Bir madde fiziksel ya da kimyasal etkileşimler sonucu katı bir yüzey üzerine tutunabilir. 

Fiziksel adsorpsiyonda maddenin yüzeye tutunmasını sağlayan, moleküller arasındaki Van der Waals kuvvetleri olarak isimlendirilen ve kimyasal bağlar kadar güçlü olmayan etkileşimlerdir. Bu etkileşim moleküllerin birbirine yeterince yakın olması durumunda atomlar ya da atom grupları arasındaki elektriksel itme ve çekme kuvvetleri nedeniyle ortaya çıkar.

Aktif karbonun yüzeyindeki boşluklar farklı genişliklerde olabilir ve yapıları yerkabuğundaki çatlaklara benzetilebilir. Mikro gözenekler olarak isimlendirilen ve genişliği 2 nanometreden küçük olan boşluklara giren moleküller ile aktif karbonun yüzeyi arasındaki mesafe Van der Waals etkileşimlerinin ortaya çıkması için yeterlidir.

Bu etkinliğimizde mavi renkli enerji içeceğindeki renk veren moleküllerin aktif karbonun yüzeyinde tutunmasını sağlayarak, aktif karbonun enerji içeceğinin renginde sebep olduğu değişimi inceliyoruz. Bu aynı zamanda su arıtma cihazlarında yaygın olarak kullanılan aktif karbonun suyun içindeki kirletici maddeleri sudan nasıl ayırdığını anlamamıza yardımcı olabilir.

Renkli içecekler genellikle gıda boyaları kullanılarak renklendirilir. Etkinliğimizde kullandığımız enerji içeceğinin içindekiler listesinde renklendirici olarak parlak mavi (brilliant blue) maddesinin kullanıldığı belirtilmiş. Bu madde gıdalarda en sık kullanılan yedi renklendiriciden biri.

Mavi gıda boyasında bulunan renk verici moleküllerdeki elektronlar ışıkla etkileştiğinde görünür bölge dalga boyundaki ışınların bir kısmını soğurur, mavi dalga boyundaki ışınları ise yansıtır. Bu nedenle mavi renkte görünürler.

Nelere ihtiyacımız var?

· Renkli bir içecek (örneğin enerji içeceği)

· Aktif karbon (Akvaryum malzemeleri satan mağazalardan temin edilebilir)

· 5 adet cam bardak

· Süre tutmak için saat

· Süzgeç kâğıdı (Filtre kahve makinelerinde kullanılan kâğıt süzgeçleri kullanabilirsiniz)

· Kaşık

· Asetat kalemi ya da etiket

 

Ne yapıyoruz?

İlk olarak cam bardakları cam kalemi ya da etiket kullanarak 0, a, b, A ve B şeklinde işaretleyelim.

a ve b olarak işaretlediğimiz bardaklara 1 tatlı kaşığı aktif karbon ekleyelim. Daha sonra 0, a ve b olarak etiketlediğimiz bardaklara 2 çorba kaşığı (yaklaşık 20 mililitre) renkli içecek ilave edelim.

0 numaralı bardağı, diğer bardaklardaki içeceklerin renklerinde ileride uygulayacağımız işlemlerden sonra ortaya çıkan değişimleri karşılaştırabilmek için kenarda bekletelim.

5 dakika bekledikten sonra a olarak etiketlediğimiz bardaktaki karışımı süzgeç kâğıdından süzelim ve süzüntüyü A olarak etiketlediğimiz bardakta biriktirelim. Bu aşamada içeceğin renginde nasıl bir değişim meydana geldiğini not alabilirsiniz.

b olarak etiketlediğimiz üçüncü bardağı ise 1 saat bekletelim. Bu süreçte zaman zaman bardağın içindekileri karıştırabilirsiniz. 1 saat sonunda bu karışımı da süzgeç kâğıdından süzelim ve süzüntüyü B olarak etiketlediğimiz bardağın içinde biriktirelim.

Etkinliğin sonunda 0, A ve B olarak etiketlediğimiz bardaktaki karışımların renklerini karşılaştıralım.

Uyarı: Aktif karbonla temas eden içeceği kesinlikle içmeyin. Ancak içme suyu filtrelerinde kullanılabilir özellikteki aktif karbonla temas edilen içecekler tüketilebilir.

 

Ne oldu?

Renkli içeceği içinde aktif karbon bulunan bardaklara döktüğümüzde sıvının içinde baloncuklar oluştuğunu fark etmişsinizdir. Bu durumun nedeni aktif karbonun yapısındaki çatlaklar ve gözenekler boyunca yayılan içeceğin bu boşluklardaki havanın dışarı çıkmasına sebep olması.

Etkinliğimizde kullandığımız enerji içeceğinin rengi maviydi. Enerji içeceklerini aktif karbonla karıştırdığımızda karışımlar siyah renkte bir bulamaç halini aldı. 5 dakika beklettikten sonra süzgeç kâğıdından süzdüğümüz karışımın rengi başlangıçtaki haline göre daha açık mavi oldu.

Karışımı daha uzun süre beklettiğimizde ise enerji içeceğinin renginin daha da açıldığını görebiliriz. Dolayısıyla yeterince beklerseniz içecek tamamen renksiz hale gelecektir.

Mavi renkteki enerji içeceğini aktif karbonla karıştırdığımızda sıvı, aktif karbonun yüzeyindeki çatlaklar boyunca ilerleyip gözeneklerin içine girer. Bu aşamada içeceğin içindeki renk verici moleküller aktif karbonun yüzeyinde tutunur. Zaman geçtikçe -adsorplanan madde miktarı arttığı için- aktif karbonla karıştırılan içeceğin rengi açılır.