Su Nedir ? Suyun Fark Etmediğimiz Özellikleri

Su nedir ? Her bir molekülü iki hidrojen ve bir oksijen atomunun birleşmesiyle oluşan su, kimyasal olarak pek çok olağanüstü özelliğe sahiptir. Biri yakıcı, diğeri de yanıcı olmak üzere iki gazın birleşerek bir sıvıyı, hem de suyu oluşturuyor olmaları oldukça ilginçtir.

Kimyasal Olarak Su

Kimyasal olarak suyun nasıl oluştuğuna gelelim. Suyun elektrik yükü sıfır yani nötrdür. Ancak oksijen ve hidrojen atomlarının büyüklüklerinden dolayı su molekülünün oksijen tarafı hafifçe eksi, hidrojen tarafı da hafifçe artı yüklüdür. Birden fazla su molekülü bir araya geldiğinde artı ve eksi yükler birbirini çekerek “hidrojen bağı” denilen çok özel bir bağı oluşturur.

Hidrojen bağı çok zayıf bir bağdır ve ömrü aklımızın kavrayamayacağı kadar kısadır. Bir hidrojen bağının ömrü, yaklaşık olarak bir saniyenin yüz milyarda biri kadardır. Ama bağlardan biri kırıldığında hemen bir diğer bağ oluşur. Böylece su molekülleri birbirlerine yapışırlar ve diğer taraftan zayıf bir bağla birbirlerine bağlandıkları için akışkan hale gelirler.

su nedir

Fiziksel Olarak Su

İşin bir de fiziksel tarafına bakalım. Neden hidrojen bağları bu kadar kırılgandır? Neden devamlı oluşup kırılırlar? Aslında boş sandığımız uzay hiç de boş bir yer değildir. Uzay alanlarla doludur ve bu alanlar dalgalanırlar. Son derece küçük zaman dilimlerinde Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi uyarınca enerji serbestlik derecesi yani enerji belirsizliği büyür.

Bunun anlamı hiçlikten çok kısa bir zamanda iade etmek kaydıyla sanal parçacık çiftlerinin oluşabileceğidir. Aslında boş dediğimiz uzay sanal parçacıklarla doludur. Hatta normal parçacıkların etrafını bir bulut gibi sararlar. Yaptıkları perdeleme etkisi nedeniyle bir ölçüm yapıldığında parçacığın çıplak yükünü değil perdelemeye uğramış halini ölçeriz.

Elektron gibi parçacıklarda perdeleme etkisiyle elektrik yükü azalırken, kuarklarda güçlü kuvveti ele aldığımızda anti perdeleme etkisi oluşur ve renk yükü artar. Kuarkların bu durumu Kuantum Kromodinamiği hesaplarında, bu hesapların karmaşıklaşmasında, hadronların iç yapısında oldukça önemlidir.

Sonuçta sanal parçacıklar çok önemlidir. Zaten kuvvetlerin iletilmesinden de onlar sorumludur. Su molekülleri arasında da pozitif yükü ağır basan hidrojen ve negatif yükü ağır basan komşu molekülün oksijen atomları arasında sanal parçacıklar kısa sürelerde belirip yok olurlar.

Yaptıkları değişken perdeleme etkisi sayesinde komşu hidrojen ve oksijen molekülü arasındaki kuvvetin etkisini azaltıp arttırırlar. İşte bu sebeple hidrojen bağları devamlı oluşup kırılırlar ve oluşup kırılma süresi yaklaşık saniyenin yüz milyarda biridir. Yani suyu su yapan, boşluktan çok kısa süreler için enerji alıp sonra yine boşluğa dönen sanal parçacıklardır.

su nedir

Sıcaklık

Hidrojen bağlarının suya kattığı bir başka özellik de, suyun sıcaklık değişimlerine direnç göstermesidir. Havanın sıcaklığı aniden artsa bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş artar. Aynı şekilde havanın sıcaklığı aniden düşse bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş düşer.

Suyun sıcaklığının önemli oranda oynayabilmesi için çok büyük miktarlarda ısı enerjisine ihtiyaç vardır. Suyun ısı enerjisinin bu derece yüksek olmasının canlı hayatına sağladığı çok büyük faydalar vardır.

Çok basit bir örnek verecek olursak, vücudumuzda çok büyük oranda su bulunmaktadır. Su eğer havadaki ani sıcaklık iniş ve çıkışlarına aynı oranda uysaydı aniden ateşimiz çıkardı veya aniden donardık. Aynı şekilde, suyun buharlaşmak için de çok büyük bir ısı enerjisine ihtiyacı vardır. Su buharlaşırken, çok ısı enerjisi kullandığı için suyun sıcaklığında eksilme olur.

Yine insan vücudundan bir örnek verelim. Vücudumuzun normal sıcaklığı 36°C’dir. Dayanabileceğimiz en yüksek sıcaklık ise 42°C. Aradaki bu 6°C’lik aralık çok küçük bir aralıktır ve birkaç saat güneş altında çalışmak vücut sıcaklığını bu kadar arttırabilir.

Ancak vücudumuz terleyerek, yani içindeki suyu buharlaştırarak çok büyük miktarda ısı enerjisi harcar ve vücut sıcaklığı düşer. Vücudumuz otomatik olarak çalışan böyle bir mekanizmaya sahip olmasaydı, birkaç saat güneş altında çalışmak bile bizler için öldürücü olurdu.

Yoğunluk

Hidrojen bağlarının suya kazandırdığı bir başka olağanüstü özellik de suyun sıvı iken katı haline oranla daha yoğun olmasıdır. Halbuki yeryüzündeki maddelerin çoğu katı iken sıvı haline oranla daha yoğundur. Ancak, su diğer maddelerin tersine donarken genleşir.

Bunun sebebi hidrojen bağlarının, su moleküllerinin birbirine sıkı şekilde bağlanmasını engellemesi ve arada birçok boşluğun kalmasıdır. Su sıvı iken hidrojen bağları kırıldığından oksijen atomları birbirine yaklaşır ve daha yoğun bir yapı elde edilir.

Bu durum aynı şekilde buzun sudan daha hafif olmasını da beraberinde getirir. Normalde herhangi bir metali eritip içine aynı metalden birkaç katı parça atsanız, bu parçalar hemen dibe çöker. Ancak suda durum farklıdır. Bu nedenle on binlerce ton ağırlığındaki buz dağları suyun üzerinde mantar gibi yüzebilmektedirler.

Peki suyun bu özelliğinin ne gibi bir faydası olabilir? Bu soruyu bir ırmak örneği ile cevaplayalım. Havalar çok soğuduğunda ırmaktaki suyun tamamı değil, sadece üzeri donar.

Su, +4°C’de en ağır halindedir ve bu dereceye ulaşan su hemen dibe çöker. Suyun üzerinde katman halinde bir buz tabakası oluşur. Bu katmanın altında su akmaya devam eder ve +4°C canlıların yaşayabileceği bir sıcaklık olduğu için sudaki canlılar bu sayede hayatlarını sürdürürler.

Su Nedir ? Diğer Bileşiklere Göre Olağan Dışı 41 Özelliği

1. Su olağan dışı yüksek erime noktasına sahiptir.

2. Su olağan dışı yüksek kaynama noktasına sahiptir.

3. Su olağan dışı yüksek kritik noktaya sahiptir.

4. Su olağan dışı yüksek yüzey gerilimine sahiptir.

5. Su olağan dışı yüksek viskozite değerine sahiptir.

6. Su olağan dışı yüksek buharlaşma ısısına sahiptir.

7. Su erirken hacmi küçülür.

8. Su 3.984°C ye kadar ısıtıldıkça artan yüksek yoğunluğa sahiptir.

9. Suda “en yakın komşu sayısı” eriyince artar.

10. Suda “en yakın komşu sayısı”; sıcaklıkla artar.

11. Suyun erime noktası basınçla azalır (13.35 Mpa basınçta erime noktası -1°C)

12. Basınç, en yüksek yoğunluğun ulaşıldığı sıcaklığı düşürür.

13. D2O ve T2O’nin fiziksel özellikleri H2O’nunkinden kütle farkının yaratması gerekenden daha fazla farklılık gösterir. (örneğin en yüksek yoğunluğun ulaşıldığı sıcaklıklar sırasıyla 11.185°C ve 13.4°C dir.)

14. Sıcaklık azaldıkça viskozite olağan dışı bir şekilde artarken difüzyon azalır.

15. Suyun viskozitesi 33°C’nin altında basınç ile azalir.

16. Su olağan dışı küçük sıkıştırılabilirliğe sahiptir.

17. Suyun sıkıştırılabilirliği artan sıcaklıkla beraber (46.5 C’ye kadar) azalır. Bu sıcaklığın altında su daha kolay sıkışır.

18. Suyun termal genleşme katsayısı küçüktür.

19. Suyun termal genleşmesi düşük sıcaklıklarda gittikçe azalır.

20. Sudaki ses hızı sıcaklıkla beraber artar (en yüksek 73 C)

21. Suyun özgül ısı kapasitesi buz ve buharın iki katından fazladır.

22. Suyun özgül ısı kapasitesi (Cp ve Cv) olağan dışı yüksektir.

23. Suyun özgül ısı kapasitesi Cp’nin en düşük Cv’nin en yüksek olduğu değerler vardir.

24. NMR spin-latis rahatlama zamanları düşük sıcaklıklarda çok küçüktür.

25. Suda çözünenlerin yoğunluk ve viskozite gibi özelliklere etkisi çok farklıdır.

26. Hiç bir çözeltisi termodinamik olarak ideal degildir. H2O’da çözünmüş D2O bile.

27. X-Işını difraksiyonu (saçılımı) olağan dışı detaylı bir yapı gösterir.

28. Süper-soğutulmuş suyun iki fazi vardır ve ikinci kritik nokta yaklaşık -91 C’dedir.

29. Su, küçük damlacıklar şeklinde -70 C’ye kadar süper-soğutulabilir. Süper soğutulmuş su -123 C ve -149 C arasında camsı amorf buzdan elde edilebildiği gibi -63 C dereceye kadar kübik buz ile bir arada bulunabilir.

30. Katı su, diğer maddelere kıyasla çok daha fazla sayıda kararlı, yarı kararlı kristal yapılarda ve amorf yapılarda bulunur.

31. Sıcak su, soğuk sudan daha hızlı donabilir. Mpemba etkisi.

32. Suyun kırınım indisi 0 C’nin hemen altında en yüksek değerine sahiptir.

33. Apolar gazların sudaki çözünürlükleri sıcaklıkla azalıp minimumdan geçtikten sonra tekrar artar.

34. Düşük sıcaklıklarda suyun kendi difüzyonu, artan yoğunluk ve basınçla beraber artar.

35. Suyun ısı iletkenliği yüksektir ve en yüksek değerini yaklaşık 134° C’de alır.

36. Proton ve hidroksit iyonlarinın mobiliteleri (hareketlilikleri) elektrik alanında olağan dışı yüksektir.

37. Suyun erime ısısının en yüksek olduğu sıcaklık -17 C dir.

38. Suyun dielektrik katsayısı yüksektir ve sıcaklıkla anormal davranışlar gösterir.

39. Yüksek basınç altında, basınç arttıkça su molekülleri birbirlerinden uzaklaşır.

40. Suyun elektriksel iletkenliği 23 C civarında en yüksek değerine ulaşır.

41. Sıcak suyun titreşim hareketi soğuk suyunkinden daha uzun sürer.

Elektronun yükü, ince yapı sabiti (komşu moleküllerin oksijen ve hidrojen atomları arasındaki kuvveti belirler), elektronun kütlesi (elektronun dalga fonksiyonunu dolayısıyla atomun boyutunu belirler) öyle ince ayarlanmış ki sanal parçacıklar perdeleme etkisiyle hidrojen bağlarının bir oluşup bir kırılmasını sağlar.

İlginç oldukça ilginç…

Fizik hakkında daha fazlası için Tıklayın.

Bir Cevap Yazın

%d blogcu bunu beğendi: