Dünyadaki Su
Büyük patlama kuramına göre evrenin oluşumunun erken dönemlerinde Hidrojen (H+) atomu ve daha sonra yıldız çekirdeklerinde birçok atom çeşidi ile Oksijen (O-2) atomu oluşmuştur ve bu iki atomun birleşmesi ile Su (H2O: Dihidrojen monoksit)molekülü oluşmuştur. Dünyanın ilk oluşum evrelerinde ise yeryüzünün sıcaklığı suyun tutunamıyacağı kadar yüksekti, Dünyanın oluşup soğumaya başlamasından sonra Dünyaya çarpan astroitler ve buzlu yıldızlarda su Dünyamıza taşındı ve su ile Dünynın macerası başlamış oldu. Yeryüzünün %71’i su ile kaplıdır. buna rağmen Dünyanın Dünyada bulunan su kütlesine oranı yaklaşık 4×1018 gibi büyük bir orandadır. Dünyada bulunan suyun %97 si tuzlu su, %3 tatlu sulardan oluşmaktadır. Yeryüzündeki tatlu su kaynaklarına baktığımızda, yaklaşık %70’inin kutuplardaki buz örtüsü ve buzullar, dağ tepelerindeki buz ve kar yığınları ve donmuş toprak içinde kitlenmiş şekilde bulunmaktadır. Bu su kaynakları erişilmez yani kullanılamazlar. Bu da bizim için Dünyadaki kullanılabilir su miktarını %1’e düşürür. Bu %1’in %74’ünü tarımda, %15’ini evsel ve %11’i sanayide kullanılmaktadır
Suyun Genel Özellikleri:
Suyun formülü olan H2O kendi başına yalnız suyun içeriğini ve molekül ağırlığını gösterir. Su molekülü yukarıda dediğimiz gibi hidrojen ve oksijen molekülleri arasında ekzotermik (ısı veren) tepkime ile oluşur. Su atmosferde buhar olarak bulunduğu gibi, sıvı ve katı durumda da bulunur.
Çözücü;
Suyun benzersiz molekül yerleşiminde iki hidrojen arasında 105o açı olacak biçimde oksijen atomuna bitişik konumdadır. Su molekülü hidrojen tarafı artı yüklü ve oksijen tarafı eksi yüklü olmak üzere asimetrik bir yapıdadır. Bu suyun bipolar yani iki kutuplu (molekülün ters uçlarında zıt yükler) olmasına neden olur. Bu polariteden dolayı pek çok madde suda çözünür. Su doğada çok seyrek olarak saf durumdadır, pek çok inorganic ve organic bileşiği çözebilmektedir. Ancak yağlar gibi başka bir çok bileşik de suda çözünmez. Su molekülleri yüklü parçacıkları sarar ve çözeltiye çeker. Sodyumklorür (NaCl) örnek verilirse, su molekülleri kristal ağına girer ve iyonlar arasında yol bulunur. Sodium ve klorür iyonlarını sarmalar ve tuzu yavaşca çözer. Su molekülünün eksi oksijen tarafı sodyum iyonunu sarar, artı tarafı (hidrojen tarafı) klorür iyonunu sarar. Açığa çıkan iyonlar hidrasyon etkisi ile çözeltide kalır, tekrar birleşmesi önlenir. Bir başka örnek olarak yağ suda çözülmez. Nedeni ise molekülün çevresinde net elektirik yükü olmadığı için molekülün polar olmayan (nonpolar) bir yapıda olmasıdır. Dolayısı ile su doğada bulunan iyi bir çözücüdür. İyi bir çözücü olması korozyona olumlu etki eden bir unsurdur, yani korozif bir ortam oluşturur.
Yüksek ısı kapasitesi;
Su molekülünün iki kutuplu yapısı su moleküllerinin yığışmasına (agresyon) neden olur. Bir molekülün hidrojen atomu, komşu molekülün oksijen atomunu çeker (hidrojen bağı), bu şekilde bir su molekülü hidrojen bağı ile dört bitişik su molekülüne bağlanır. Hidrojen bağlanmasının bir sonucu olarak, H2Omolekülleri su yüzeyinden kolayca ayrılmaz, bu moleküller arası çekim olmasaydı ayrılma çok daha gerçekleşirdi. Hidrojenbağını koparmak ve buhar oluşturmak üzere ile bir H2O molekülünü serbest bırakmak için gerekli enerji, diğer benzer kimyasal bileşikler için gerekli olandan daha fazladır. Bu bizi suyun sınai kullanımında üç önemli özelliğe götürür: Birincisi su buharı yüksek enerji içeriği nedeniyle önemli bir ısı kaynağıdır, ikinci olarak su diğer maddelere göre daha fazla ısı soğurur ve yayar, bu da suyun etkin bir ısı aktarım ortamı olmasına yol açar. Üçüncü olarak da su diğer birçok bileşikle karşılaştırıldığında, donarken daha fazla ısı açığa çıkarır.
Yüzey gerilimi ve kohezyon;
Su, kendi molekülleri arasındaki çekim kuvveti (kohezyon) sayesinde dağılmadan kalabilir. Moleküllerinin dipol (kutuplaşmış) olması nedeniyle su, birçok maddeye yapışabilir ve ıslatma özelliği buradan gelir.
Su aynı zamanda adezyon (farklı iki maddenin molekülleri arasındaki çekim kuvveti) kuvveti yüksek bir maddedir. Hidrojen bağı nedeniyle su molekülleri birbirlerini de çekerler yani su molekülleri arasında kohezyon gücü de çok yüksektir. Suyun kohezyon ve adezyon yetenekleri, suyun belirli kılcal yapılar içinde kopmadan yükselmesine ve taşınmasına yardımcı olur. Kılcal hareket, suyun çok dar (kılcal) bir boru/kanalda yerçekimi kuvvetine karşı hareketini ifade eder. Bu hareket oluşur, çünkü su boru/kanalın yüzeyine yapışır ve daha sonra boru/kanala yapışan su, kohezyon kuvveti sayesinde üzerinden daha fazla suyun geçmesini sağlar. İşlem, yerçekimi adhezyon kuvvetini yenecek kadar su boru/kanaldan yukarı geçinceye dek tekrarlanır. Bu olayı doğada da görmek mümkündür. Örneğin ağaçların kılcal damarlarında su en yüksek dallara kadar yerçekimine karşı hareket edebilmektedir.Buna aynı zamanda kapiler etki denmektedir. Bu da bitkilerin karada hayatlarını sürdürmeleri açısından önem arz eder. Bitkilerde kök ve doku boyunca gelişen dolaşım sisteminin çalışmasının bir nedeni de bu kılcallık (dar boru/kanal) etkisidir.
Sıvı yüzeyindeki kohezyon kuvvetleri sıvının içindekilere göre daha güçlü olduğundan dolayı bir cismi sıvının yüzeyinde hareket ettirmek cisim sıvıya tamamen batmışken hareket ettirmekten daha zordur. Toplu iğne çelikten yapılmıştır ve özkütlesi suyun özkütlesinin neredeyse sekiz katıdır. Aslında toplu iğnenin suda yüzmemesi batması gerekir, çünkü ağırlığı suyun kaldırma kuvvetinden büyüktür. Ama yukarıdaki resimde göreceğiniz gibi toplu iğneyi dikkatlice suyun yüzeyine yerleştirirseniz, yüzdüğünü göreceksiniz. Toplu iğnenin batmamasının nedeni suyun yüzey gerilimini kıramamasıdır.
Suyun sekliğini sağlayan kohezyon maddesi, adezyon kuvveti ile çarpışarak suyu daha sek hâle getirir. Molekülleri sekleşen su, artık daha yumuşak ve saftır. Suyun rengini ve tadını sekliği belirler.
Ozmos ve ters ozmoz;
Saf, damıtık su çok düşük oranda iyonlarına ayrılı, litrede yalnız 10-7 mol hidrojen ve 10-7 mol hidroksil iyonu oluşturur, yalıtkandır, elektirik akımını iletmez. Tuzlar veya diğer iyonlaşan maddeler suda çözüldüğünde, elektiriksel iletkenlik gelişir. Doğada bulunan suların iletkenliği, bulunduğu yere göre değişkenlik gösteren çözünmüş minarel içeriğinden kaynaklanır. Pek çok şebeke suyu için dönüştürme etmeni 1.55S/cm mg/l toplan çözünmüş katı (:total dissolved solids, TDS) maddedir.
Su çözeltilerindeki diğer bir önemli olgu da sudan (yani çözücüden) çok çözünmüş maddeyle ilgili olan ozmotik basınçtır. Eğer iki sulu çözelti bir membranla ayrılırsa, su seryreltik taraftan daha derişik tarafa geçiş yapar. Bu önemli süreç bütün canı hücrelerin çalışma verimini etkiler. Gıdaların tuzla korunması işleminin etkinliği bu süreç ile açıklanır. Tuz besinlerin bozulmasına neden olabilecek organizmaların hücrelerini parçalayan güçlü bir çözelti oluşturur. Söz konusu organizmaların içinde bulunan su, dışardaki derişik tuzlu çözeltiyi seyreltmek üzere hücreyi terk eder. Özel tasarlanmış membran hücrelerinde, daha derişik çözeltinin üzerine yeteri kadar yüksek basınç uygulanarak suyun membrandan ozmotik akışı tersine çevrilebilir. Bu ‘’ters ozmos’’ işlemi suyun tuzsuzlaşmasında kullanılır.
Kaynak:
bilimgenc.tubitak.gov.tr
evrimagaci.org
Dünyanın En Güzel Tarihi , Türkiye İş Bankası/Kültür Yayınları
Su Elkitabı, TMMO Kimya Müjendisleri Odası
Cemkimsan Kimya Dersnotları