Suyun Kimyası

19.01.2016
Yazar:Hakki Demirtas
(0) Yorum
4459

Hakkı Demirtaş- Kimya Yük. Müh . Eskişehir Kalabak Memba Suyu Tesisleri Mesul Müdürü Yaşamın bir numaralı maddesi olan suyun, periyodik sistemin yaramaz bir çocuğu olduğunu biliyor ve yaptıklarına da akıl erdiremiyoruz. Her yaramaz çocuğun işe yaramadığı nasıl yanlış ise, suyun yaramazlığının ise çok işimize yaradığı o denli doğrudur. Su molekülünde 2 adet hidrojen ve 1 adet oksijen bulunmakta. Bunlar sanki bir üçgen meydana getiri gibi birleşmişler ve aralarında 104,5°’ lik bir açı oluşturmuşlardır. İki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşan su molekülü, bütün oksitlerin ve belki de bütün bileşiklerin en önemlisidir. Su molekülünde iki hidrojen atomu bir oksijen atomu bağlanmıştır. Su molekülünün yapısı incelenecek olursa, hidrojen atomunun çekirdeğinin etrafında yalnız bir elektron vardır. Oksijen atomunun çekirdeğinin etrafında ise biri 2, diğeri 6 elektronlu iki yörünge üzerinde toplam 8 elektron bulunur. Oksijen atomunun dış yörüngesindeki iki elektron eksik olduğundan, iki hidrojen atomunun elektronları bu yörünge ile birleşerek yörüngedeki elektron sayısını sekize tamamlar ve stabil bir molekül meydana gelir. Bu iki elektrot, iki hidrojen atomunun birer elektronu ile çiftleşerek bağ oluşturmaları ve su molekülünü oluşturmaları sırasında elektronlar oksijen tarafında yoğunlaşır. Su molekülündeki oksijen – hidrojen bağları arasındaki açı, pozitif hidrojen çekirdeklerinin birbirlerini aralarında itmeleri sonucu, düz hat üzerinde bağlanmayıp, iki hidrojen atomuyla, bir oksijen atomunun arasındaki açının 104°60' olduğu tespit edilmiştir. Hidrojen atomunun pozitif, oksijen atomunun da negatif elektrik yüklü olduğu su molekülünde artı ve eksi yüklerin ağırlık merkezleri üst üste gelmemektedir. Su molekülündeki hidrojen ve oksijen atomları gibi elektronların atomlar arasında ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan bağa ise kovalent bağ denir. Su molekülünde her iki hidrojen tarafı, oksijen tarafına nazaran pozitif olduğundan moleküldeki bağlar polar kovalent bağlardır. Herhangi bir moleküldeki kovalent bağların simetrik olmayışı, o molekülde daima polar bir karakter verir. Su molekülünün V benzeri şekli ve oksijenin hidrojene göre çok daha elektronegatif oluşu nedeniyle, su kuvvetli polar bir moleküldür ve su molekülleri arasında çok güçlü çekim kuvveti vardır. Bağ yapmayan elektron çifti nedeniyle suyun kendine benzer moleküllere hiç uymayan ilginç özellikleri vardır. (Buzun yoğunluğunun sudan daha küçük olduğu, suyun donduğunda kendi hacmini 9 katı daha genişlediği gibi) Polar moleküllere dipol moleküllerde denir. Dipol momenti tek molekülün, dielektrik sabiti ise, moleküllerden meydana gelen polimerlerin özelliğidir. Suyun dielektrik sabiti 80’ dir. Yani havada elektrik ile yüklenmiş iki küre arasındaki çekme ya da itme, suyun içinde 80 kez daha fazladır. Suyun dipol momentinin küçük olmasına karşılık dielektrik sabitinin büyük olmasının nedeni, su moleküllerinin hidrojen bağlarıyla büyük polimerler meydana getirebilmesidir. Sudaki oksijenin zayıf bağlarla komşu su molekülünün hidrojenine bağlanmasındaki bağa hidrojen bağı denir.

Hidrojen bağlarının meydana gelişi neticesinde bir oksijen atomu etrafında 4 hidrojen atomu toplanarak dev moleküller meydana gelir. Hidrojen bağı kuvveti mol başına 5 kcal’ dir. Su molekülündeki hidrojen – oksijen kovalent bağ kuvveti ise mol başına 109 kcal’ dir. Buna rağmen en basit molekül H₂O’ dur. Su molekül yapısında oksijen ve hidrojen arasındaki bağ uzunluğu 0,958 angstromdur. Oksijen ve hidrojen atomları arasındaki yüksek elektronegatif farkı sudaki O – H bağına %33 iyon oranında iyonik karakter ve 1,85 Debyelik dipol momenti ve polar özellik kazandırır. Suyun polar özelliği, suyu canlılar için önemli yapan esas özelliktir. Kovalent olmayan etkileşimlerden olan hidrojen bağları biyolojik moleküllerde çok önemlidir. Yapı itibariyle iki hidrojen atomuyla birleşen başka elementlerde vardır. Ancak dipol oluşturmadıkları için su molekülünün özellikleri bunlarda yoktur.

MOLEKÜL AĞIRLIĞI	ERİME SICAKLIĞI	BUHARLAŞMA SICAKLIĞI
H₂Te(129)	-49 °C	-4 °C
H₂Se(80)	-64 °C	-42 °C
H₂S(34)	-82,9 °C	-59,6 °C
H₂O(18)	-100 °C olmalıydı 0 °C	-91 °C olmalıydı +100 °C

Bunların katı halden, sıvı haline, sıvı halden gaz haline geçiş derecelerinin arasındaki bir kuralın bulunduğu görülür. Ancak su molekülünün sıvı hale geçmesi -100ºC de değil 0ºC de, gaz haline geçmesinin ise -91ºC de değil 100ºC de olduğu bilinmektedir. Suyun yapısı bir anda değişse, yani olması gereken benzerlerine benzese, birbirini izleyen felaketlerle yeryüzünde yaşam yok olurdu, en basitiyle kanın büyük kısmını oluşturan su, damarlarda kaynardı.