Kütle ve Ağırlık Tanımı
Kütle, maddenin değişmez miktarıdır. Diğer bir deyişle kütle, bir maddenin değişmez kimliği ve özündeki niceliklerin ölçüsüdür. “m” sembolü ile gösterilir.
Eski çağlardan beri insanlar madde miktarlarının karşılaştırılmasında tartının güvenli bir yol olduğuna inanmışlardır. Yapılan kazılarda bunlara ait örnekler bulunmaktadır. Arkeologlar, Mısır’da tarih öncesi bir mezarda 7000 yıllık olduğu sanılan oyma taştan küçük bir kollu teraziyle kireç taşından yapılmış taş kütleler bulmuşlardır. İlk zamanlar her millet kendine göre tartı birimleri seçmiştir. Osmanlı İmparatorluğu zamanında kullanılan batman, okka, dirhem bunlardan sayılabilir.
Kütlenin ölçülmesinde belirli bir büyüklük seçip diğerleri ile karşılaştırmak gerekir. Böyle olunca uluslararası ortak amaca hizmet edebilmek için uluslararası birimleri kullanma gereği doğmuştur.
Kütle standartlarını oluşturmak için 17. yüzyıl ortalarında başlatılan çalımalar 1793 yılında tamamlanmış ve referans ağırlık olarak +4 °C’deki 1 dm3 (1 litre) suyun ağırlığının kabul edilmesiyle metrik sistemin temelini oluşturan ilk doğal ve evrensel ifade Şekli ortaya çıkmıştır. 1799 yılında daha pratik bir kullanım sağlamak amacı ile ağırlık biriminin platin ve iridyum alaşımından imal edilen bir referans kütle standardına aktarılması kararlaştırılmıştır. Bu yeni ağırlık referans standardı da Fransa Cumhuriyeti’nin arşivlerinde korunduğundan ismi “Arşiv Kilogram” olarak adlandırılmıştır. Arşiv kilogram, Fransa’nın Sevres kentindeki
Uluslararası Ağırlık ve Ölçmeler Bürosu’nda saklanmaktadır. Bu standarttan kıyaslama ile yapılan çok hassas kopyalar, dünyanın her yanındaki standart laboratuvarlarına gönderilmiştir. Cisimlerin kütleleri hassas teraziler yardımıyla bu kopyalarla kıyaslanarak 2 / 108 hassasiyetle ölçülebilir.
Eşit kollu teraziyle kütleleri karşılaştırılan cisimlerin ağırlıkları da karşılaştırılmış olur. Bu nedenle bilinçli ya da bilinçsiz olarak kütle ve ağırlık kavramları birbiri yerine kullanılabilmektedir. Kimya laboratuvarlarında tartım ile belirlenen nicelik için kütle terimi tercih edilmelidir.
Bir cismin ağırlığı, dünyanın cisme uyguladığı kütle çekim kuvvetidir. Ağırlık bir kuvvet olup vektörel bir büyüklüktür. Bu vektörün yönü, kütle çekim kuvvetinin yönü ile aynıdır. Ağırlığın büyüklüğü “Paund, Newton” gibi kuvvet birimleriyle ölçülür
Ağırlık ile kütle arasındaki bağıntı W= m.g’dir.
(W: ağırlık, m: kütle, g: yer çekimi ivmesi)
Dünya üzerinde farklı yerlerde g’nin değeri değiştiğinden m kütleli bir cismin ağırlığı da dünya üzerinde farklı yerlerde farklı değerlere sahip olur. Böylece 1 kg kütleli bir cismin g=9,80 m/s2 olan bir yerde ağırlığı 9,80 N’dir. Yine g= 9,78 m/s2 olan başka bir yerde aynı kütleli cismin ağırlığı 9,78 N olur. Yeryüzünde aynı yerde bulunan cisimlerin kütleleri eşitse ağırlıkları da eşittir. Kütle çekim etkisinin yok olduğu yerlerde bir cismin ağırlığı sıfır olmakla beraber cismin kütlesi her yerde aynıdır. Yer çekimi etkisinde bulunmayan bir uzay gemisinde büyük bir kurşun bloku (W=0) kaldırmak sorun değildir fakat bir astronot, bloku (m≠0) tekmelemek isterse zorlanacaktır. Bir cismin kütlesi her yerde aynı olduğundan cismi hareketlendirmek için ister dünya üzerinde bir sürtünmesiz yatay yüzey üzerinde olsun isterse yer çekiminin olmadığı bir yerde olsun cismin üzerine aynı kuvveti etki ettirmek gerekir.
Ağırlık hesaplamalarında kullanılan brüt ağırlık, net ağırlık ve dara terimlerinin iyi bilinmesi gerekir
Brüt Ağırlık: Cismin bulunduğu kap veya ambalajıyla birlikte tartımı sonucu ölçülen kütleye brüt ağırlık denir
Net Ağırlık : Cismin tek başına tartımı sonucu elde edilen kendi miktarına denir.
- Net ağırlığı bulmak için; Net ağırlık = Brüt ağırlık – Dara bağıntısı kullanılır. Hesaplama yapılırken verilerin aynı birimden olmasına dikkat edilmelidir. Farklı birimlerde değerler verildiyse uygun olan birime mutlaka çevrilmelidir.
Dara: Boş kabın veya ambalajın kütlesine dara denir. Kütle ölçümünde ilk iş kabın darasını almaktır.
- Örnek: Kabıyla birlikte tartılan bir kavanoz pekmezin brüt kütlesi 1250 gram, kavanozun kütlesi 250 gram ise pekmezin net kütlesi ne kadardır
- Çözüm: Brüt kütle = 1250 g, Dara=250 g, Net kütle = Brüt kütle -Dara Net kütle = 1250-250 =1000 gramdır.
Laboratuvarda Kullanılan Tartım Araçları
Bir cismin veya maddenin kütlesini ölçmeye yarayan alete terazi, teraziyle kütle ölçme işlemlerine de tartma denir.
Günümüzde laboratuvarlarda en çok görülen terazi türü, hassas ve analitik teraziler olarak anılan elektronik terazilerdir. Elektronik tartıda dengeleme kuvveti, bir elektromanyetik devreden elektrik akımı geçirerek oluşturulan bir manyetik kuvvettir. Önce terazi kefesinde bir cisim yokken başlangıç tartım koşulu sağlanır. Tartılacak cisim kefeye konulduğunda başlangıç tartım koşulu bozulur. Denge koşulunu yeniden sağlamak için elektromanyetik devreden ek bir elektrik akımı geçirilmelidir. Bu ek akımın büyüklüğü, tartılacak cismin kütlesi ile orantılıdır ve terazi üzerinde görülen bir kütle okunmasına dönüşür.
Elektronik Hassas Terazi
Günümüzde kullanılan elektronik teraziler; laboratuvarlarda, ilaç ve kimya sanayisinde, kuyumcularda kullanılır. iki kefeli eşit kollu veya tek kefeli olabilir. Tek kefeli ve elektronik olanlarda kütleyi doğrudan doğruya okumak mümkündür. Işıklı rakamlar bu kütleyi belirterek okumada kolaylık sağlar. Laboratuvarlardaki en önemli gereçlerden biri terazidir. Doğru ve hassas tartım alabilme, yapılan analizlerin sonucunu doğrudan etkiler.
- Hassas Terazi Hassas teraziler 0,1 mg ve 0,01 mg duyarlıkta tartım yapabilen, çok duyarlık gerektirmeyen işlemler için kullanılan terazilerdir.
Tartım İşleminde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
- Terazinin konumu belirlenirken nemsiz, korozif maddeler bulundurmayacak bir oda seçilmelidir.
- Terazi, direk gün ışığına maruz kalmamalı; sert, esnemeyen, düz ve sarsıntısız bir zemin üzerinde çalıştırılmamalıdır.
- Terazinin konumu gelişigüzel değiştirilmemeli, gerekli durumlarda laboratuvar sorumlusundan yardım istenmelidir.
- Tartım yapılmadan önce ortamdaki herhangi bir hava sirkülasyonu (açık cam, klima vb.) durdurulmalıdır.
- Terazilerin, su terazisinin ayarı mutlaka kontrol edilmeli eğer dengesi bozuksa ayarlama yapılmalıdır. Bozuk olması durumunda laboratuvar sorumlusundan yardım istenmelidir.
- Terazi yüzeyinin tartım öncesi temiz olması ve tartımdan sonra da temizlenmesi gerekir.
- Terazi kullanılmadığında üzerinde ağırlık bırakılmamalıdır.
- Çok sıcak ve çok soğuk örneklerin tartılmasından kaçınılmalıdır.
- Terazi kalibrasyonu belli aralıklarla kontrol edilmelidir (Bu işlem sorumlu kişiler tarafından yapılmalıdır.).
- Hassas tartımların alındığı analitik terazilerin kefesine fazla kuvvet uygulanmamalı, ani ve sert yüklemeler yapılmamalı, maksimum tartım sınırının aşılmamasına özen gösterilmelidir.
- Terazi içinde mutlaka kurutucu bulundurulmalıdır (Bu amaçla nem çekici olarak genellikle susuz CaCl2 kullanılır.).
- Deney ve analiz süresince aynı terazi kullanılmalıdır.
Belirli Miktarda Madde Tartımı
Belirli miktarda madde tartımı, laboratuvarlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu nedenle doğru ve güvenilir tartım almak için aşağıdaki işlem basamaklarına dikkat etmek gerekir.
- Terazinin ayaklarının zemine tam olarak oturduğu kontrol edilir.
- Terazi fişi prize takılarak güç düğmesi ile elektrik bağlantısı sağlanır.
- Açma kapama düğmesi (on-off) ile açılır. Cihaz göstergesinin sıfırlaması beklenir.
- Cihaz kapağı açılır. Temiz bir kâğıt ya da tartı kabı kefenin ortasına konur.
- Kapak kapatılır.
- Gösterge sabitlendikten sonra dara (tare) düğmesine basılır. Göstergenin sıfırlaması beklenir.
- Kapak açılır. Temiz ve kuru bir spatülle azar azar istenilen madde tartı kabı içine konur. Aşırı madde koymamak için gösterge izlenir.
- Kapak kapatılır. Göstergenin sabitlenmesi beklenir.
- Eğer madde istenilen miktara ulaşamamışsa madde ilavesine devam edilir.
- Eğer madde istenilen miktarı aşmışsa kapak açılarak spatülle (kefeye baskı uygulamadan) madde istenilen miktara getirilir (Terazi içine madde dökülmemesine özen gösterilmelidir.).
- Madde, tartı kabı ile dışarı alınır. Terazi kapağı kapatılır.
- Cihaz güç düğmesinden kapatılır. Cihaz ve çevresi temiz olarak terk edilir.