Su

Su…

Bilimin ardına aşıp da ” Sihir var mı? ”diye aranmanın hiç de gereği yok. Eğer sihir diye bir şey varsa ilk bulacağımız yer SU olmalı.

Lao Tzu tarafından MÖ 6. yüzyılda yazılan Dao De Jing veya Tao Te Ching kitabında;

“Hakikî iyilik su olmaya benzer. Sudaki iyilik on bin şey için iyiliktir ve hiçbiriyle rekabet etmez. Süzülür, en derin kuyulara iner ve nihayet yolunu bulur. Güzel evlerde yaşayın, derinlikli düşünün ve herkese iyi olun. Sözlerinizi tutun, adil yasalar koyun, doğrulukla hareket edin ve her işi vaktinde bitirin. Rekabete girmediğiniz sürece hataya da düşmezsiniz.” yazdığını buluyorum.

Bence de ”Hakiki iyilik su olmaya benzer”

Hayatımızın akışında devamlı varlığına ihtiyaç duyduğumuz, yaşamın temel yapı taşı ve doğadaki en yaygın bileşiklerden biri olmasına rağmen, birçok fiziksel ve kimyasal özelliği hala tam olarak anlaşılmamamıştır.

Su hakkında gelecekte bizleri yeni süprizlerin beklediğini söyleyebilirim.

🔹 0°C ile 4°C arasında

• Su soğudukça genleşir, yani hacmi artar.
• Bu yüzden buz, sıvı sudan daha az yoğundur.
• O nedenle buz su üzerinde yüzer.

🔹 4°C’de

• Su maksimum yoğunluğa ulaşır.
• Hacmi en küçüktür.
• Su molekülleri en sıkı şekilde paketlenmiştir.

🔹 4°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda

• Su normal maddeler gibi davranır: ısı aldıkça genleşir.

Bu olayın nedeni, suyun molekülleri arasındaki hidrojen bağlarıdır. Soğudukça bu bağlar suyu daha düzenli ama daha hacimli bir kristal yapıya yönlendirir (buzda altıgen yapı).

Bu da 0°C’deki buzun daha az yoğun olmasına yol açar.

Doğada Neden Önemli?

Bu özel durumun ekolojik ve çevresel etkileri çok büyüktür

Göller ve Nehirler

• Kışın su yüzeyi 0°C’ye kadar donar ama dip kısımlar 4°C’de kalır.
• Böylece su canlıları donmaktan korunur.

Buzun Üste Çıkması

Eğer buz dibe çökseydi, göller ve okyanuslar dipten donmaya başlardı ve su altındaki yaşam yok olurdu. Bu özellik, suyun hayatı sürdüren evrimsel bir avantaj sunan temel bir özelliğidir.

Buz, yüzeyde kalarak yüzeyi yalıtır ve daha derin su katmanlarını soğuktan korur.

Yüksek Özgül Isı Kapasitesi Ne Demek?

Su Yüksek Özgül Isı Kapasitesinde Şampiyon

1. İklim Düzenleyici Etki

• Okyanuslar ve büyük su kütleleri, ısıyı emer ve yavaş yavaş bırakır.
• Bu yüzden kıyı şehirlerinden sıcaklık farkları daha azdır.

2. Vücut Sıcaklığı Dengesi

• İnsan vücudunun %60’ından fazlası sudur.
• Su sayesinde vücut sıcaklığı ani değişimlere karşı korunur.
• Örneğin terleme ile su buharlaştıkça fazla ısı uzaklaştırılır.

3. Enerji Depolama ve Soğutma Sistemleri

• Yüksek özgül ısı kapasitesine sahip maddeler (özellikle su), ısı depolama sistemlerinde kullanılır.
• Radyatörler, kalorifer sistemleri gibi alanlarda su çok tercih edilir.

Suyun Yüksek Buharlaşma Isısı Neden Bu Kadar Yüksek?

Su molekülleri arasında hidrojen bağları vardır. Bu bağlar güçlüdür ve suyun buharlaşabilmesi için bu bağların kırılması gerekir. İşte bu bağların kırılması için fazladan enerji gerekir — bu da suya yüksek bir buharlaşma ısısı kazandırır.

Suyun Yüksek Buharlaşma Isısının Terlemeyle İlgisi

Terleme, vücudun sıcaklığını düşürmek için kullandığı fizyolojik bir soğutma mekanizmasıdır.

1. Vücut ısısı yükseldiğinde (örn. egzersiz, sıcak hava, stres):
2. Beyin, ter bezlerine sinyal gönderir.
3. Cilt yüzeyine su (ter) salınır.
4. Bu su buharlaşırken, çevresinden (yani derimizden) ısı çeker.
5. Isı çekildiği için vücut serinler.

Yüzey Gerilimi Nedir?

Yüzey gerilimi, bir sıvının yüzeyinin, bir zar gibi davranarak dış kuvvetlere karşı direnç göstermesidir.

Yüzey Gerilimi Nasıl Oluşur?

• Sıvının içindeki moleküller, her yönden çekim kuvveti hisseder (özellikle hidrojen bağları).
• Ancak yüzeye yakın moleküller, aşağıya ve yana doğru çekilir çünkü üstlerinde molekül yoktur.
• Bu, sıvı yüzeyinin adeta bir gergin zar gibi davranmasına neden olur.

Suyun yüzey gerilimi, çoğu sıvıya göre çok yüksektir. Bu da su molekülleri arasındaki hidrojen bağları sayesinde olur.

🔹 Hidrojen bağları çok güçlü ara moleküler çekimlerdir.
🔹 Su molekülleri bu bağlar sayesinde birbirine çok sıkı tutunur.
🔹 Bu da suyun yüzeyinin kolayca “yırtılmamasını” sağlar.

Örneğin

• Su: ~72 dyn/cm (20°C’de)
• Alkol: ~22 dyn/cm
• Aseton: ~23 dyn/cm
  Gördüğünüz gibi su, en yüksek yüzey gerilimine sahip sıvılardan biridir.

🔹 1. Suya Düşmeyen Böcekler

Su yüzeyinde yürüyen su örümceği, su aygırı böceği (gerridae) gibi canlılar, bu yüzey gerilimini kullanır. Ayakları suyu batırmaz çünkü su yüzeyinde bir “gerginlik” vardır.

🔹 2. Damla Oluşumu

Musluktan sarkan suyun küçük bir top gibi “yuvarlak damla” halini alması, yüzey gerilimindendir. Su, minimum yüzey alanı oluşturmak ister ve bu da küredir.

🔹 3. Bitki Yapraklarındaki Su

Yaprak üstünde duran su damlaları hemen yayılmaz, boncuk gibi durur. Bu da suyun yüzey geriliminin bir sonucudur.

Akciğerlerdeki Alveoller

• Akciğerimizdeki alveoller, çok küçük hava kesecikleridir.
• Bunların yüzeyi suyla kaplıdır.
• Yüzey gerilimi çok yüksek olsaydı, bu kesecikler kolayca çökerdi.
• Bu yüzden akciğerler sürfaktan adlı bir madde üretir: Bu, suyun yüzey gerilimini azaltarak solunumun devam etmesini sağlar.

Sonuç olarak suyun yüksek yüzey gerilimi

• Doğadaki yaşamın düzenini
• Biyolojik sistemlerin işleyişini
• Suya özgü davranışları derinden etkileyen bir özelliktir.

Evrensel Çözücü Ne Demek?

“Evrensel çözücü” terimi, bir maddenin birçok başka maddeyi çözebilme kabiliyetinin çok yüksek olması anlamına gelir.

🔹 Kutuplu Molekül Yapısı

Su molekülü (H₂O), kutuplu (polar) bir moleküldür.

• Oksijen negatif yüklü ucu oluşturur (δ⁻).
• Hidrojenler pozitif yüklü uçlardır (δ⁺).

🔹 Hidrojen Bağları

Su molekülleri, hem birbirleriyle hem de çözünen diğer moleküllerle hidrojen bağları kurarak onları çözer.

Canlı Vücudunda

• Hücre içi sıvılarda (sitoplazma), su sayesinde besinler, vitaminler, hormonlar, atık ürünler çözünür ve taşınabilir hale gelir.
• Kanın büyük kısmı sudur, bu sayede oksijen, glikoz, hormonlar vücutta taşınır.

Doğada

• Yağmur suyu, havadaki CO₂’yi çözer → karbonik asit oluşur → bu doğada kayaçların çözülmesine katkı sağlar.
• Nehirlerdeki su, mineralleri çözer → topraklara taşır → bitki beslenmesi sağlanır.

Suyun Çözücü Özelliği Olmasaydı Ne Olurdu?

• Besinler kana geçemezdi.
• Hormonlar hedef dokulara ulaşamazdı.
• Atıklar vücuttan atılamazdı.
• Hücre içi kimyasal reaksiyonlar dururdu.

Su, kutuplu yapısı ve hidrojen bağları kurabilmesi sayesinde dünyadaki en iyi çözücüdür. Bu sayede canlılar:

• Beslenebilir,
• Solunum yapabilir,
• Atıklarını atabilir ve
• Hayatta kalabilir.

Polarite Neden Oluşur?

Su molekülü polar bir moleküldür.

Bu fark nedeniyle oksijen, ortak elektronları kendine daha çok çeker.

Sonuç olarak:

• Oksijen ucu: kısmen negatif (δ⁻)
• Hidrojen uçları: kısmen pozitif (δ⁺) olur.

H-O-H bağ açısı ≈ 104.5°

Bu V şeklindeki yapı, yüklerin simetrik dağılmasını engeller.

Böylece molekülün bir ucu pozitif, diğer ucu negatif olur → Polarite!

Hidrojen Bağı Nedir?

Hidrojen bağı, su molekülü gibi polar moleküller arasında oluşan, zayıf ama çok önemli bir kimyasal etkileşimdir.

• 2 hidrojen atomu ile → 2 adet bağ verebilir,
• 1 oksijen atomu ile → 2 adet bağ kabul edebilir.

Dinamik Ağ Ne Demek?

Su molekülleri arasında oluşan bu hidrojen bağları:

• Sabit değil,
• Saniyenin milyarda biri kadar kısa sürede kopup yeniden kurulur.

Yüksek Özgül Isı

Su, ısı aldığında moleküller hızlanır ama hidrojen bağları kopmadan fazla hareket edemez. Bu yüzden su:

• Geç ısınır,
• Geç soğur,
• İklim dengeleyicidir.

Yüksek Buharlaşma Isısı

Suyun buharlaşması için, önce bu hidrojen bağlarının koparılması gerekir → Bu da çok enerji gerektirir.

➡️ Bu yüzden terleme yoluyla vücut ısımız etkili şekilde düşer.

Buzun Daha Az Yoğun Olması

Soğuyan su molekülleri, daha düzgün hidrojen bağları kurar → Altıgen kristaller oluşur → Aralarına boşluk girer → Buz suyun üstünde yüzer.

Biyolojik Moleküllerle Etkileşim

Proteinler, DNA ve enzimler, suyun bu dinamik ağı sayesinde:

• Stabil kalır,
• İşlevsel şekillerini korur,
• Çevreleriyle etkileşir.

Sonuç Olarak

🔹 Su molekülleri, hidrojen bağlarıyla anlık olarak birbirine tutunur.
🔹 Bu bağlar sürekli kurulur ve bozulur, yani dinamiktir.
🔹 Böylece su:

• Akışkan kalır ama çok kararlı davranır,
• Isıyı iyi taşır,
• Canlılık için ideal bir ortam oluşturur.

➡️ Bu dinamik ağ olmasaydı, su sadece bir sıvı değil; yaşam için uygun olmayan bir çözelti olurdu.

“Amfolit” (Amfiprotik) Ne Demek?

• Bir madde, hem asit (proton verici)
• hem de baz (proton alıcı) gibi davranabiliyorsa
  → Amfolit veya amfiprotik madde denir.

🔹 Otoiyonizasyon Nedir?

Otoiyonizasyon, bir maddenin kendi molekülleri arasında iyonlaşması, yani herhangi bir başka madde olmadan kendi kendine iyon üretmesidir.

Su için özel adı

➡️ Oto-protolitik reaksiyon (çünkü proton (H⁺) alışverişi olur).

🔹 Su Molekülleri Birbirini Etkiler

İki su molekülü bir araya geldiğinde şu denge tepkimesi oluşur

Ne olur burada?

• Bir su molekülü proton verir → asit gibi davranır.
• Diğeri proton alır → baz gibi davranır.

Sonuç

• Bir hidronyum iyonu (H₃O⁺) → asidik karakter,
• Bir hidroksit iyonu (OH⁻) → bazik karakter ortaya çıkar.

🔹 Bu Reaksiyon Ne Kadar Olur?

Bu iyonlaşma çok az gerçekleşir.
25°C’de 1 litre saf suda sadece

Bu yüzden saf su

• Elektrik iletkenliği çok düşüktür,
• Ancak yine de tamamen nötr kabul edilir (çünkü H⁺ ve OH⁻ sayısı eşit).

🔹İyon Çarpımı (Kw) Nedir?

Otoiyonizasyonun bir sonucu da iyon çarpımı sabiti (Kw)’dir

Bu sabit

• pH, pOH ve asit-baz dengesini açıklamada temel alınır.
• Sıcaklık arttıkça Kw artar → su daha fazla iyonlaşır.

Ama su asidik veya bazik bir maddeyle etkileşirse

• Denge bozulur,
• [H⁺] artarsa → pH düşer (asit)
• [OH⁻] artarsa → pH yükselir (baz)

Bu Özellik Neden Önemlidir?

✅ Asit-baz reaksiyonları için evrensel bir ortam oluşturur.
✅ Canlı sistemlerde pH dengesi su sayesinde kurulur.
✅ Suyun kendiliğinden iyonlaşabilmesi, birçok biyokimyasal sürecin temelini oluşturur.
✅ Hücre içi ve dışı tampon sistemleri, suyun bu özelliğine dayanır.

Sonuç Olarak

🔹 Su (H₂O), hem asit hem de baz gibi davranabilir.
🔹 Bu yüzden kimyada suya amfolit ya da amfiprotik madde denir.
🔹 Bu özellik, suyun:

• pH dengesini kurabilmesini,
• Reaksiyonlara esnek şekilde katılmasını,
• Yaşamı destekleyen ortam olmasını sağlar.

Su Molekülü Küçüktür

• Moleküler ağırlığı: 18 g/mol
• H₂O, sadece iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşur.
• Bu kadar küçük bir molekülden, aslında çok uçucu bir sıvı olması beklenir.

Su Molekülleri Arasında

• Oksijen (negatif kısım) ile
• Hidrojen (pozitif kısım) arasında
  ➡️ Hidrojen bağları oluşur.

Kaynama Ne Demektir?

Kaynama, sıvı moleküllerinin aralarındaki bağları kopararak gaz fazına geçmesidir.

Su, bu aşamada

• Yalnızca fiziksel olarak değil,
• Aynı zamanda çok sayıda hidrojen bağını da kırmak zorundadır.

Biyolojik ve Ekolojik Önemi

• Suyun geç kaynaması → ısıyı tamponlar, çevresel sıcaklıkları dengeler.
• Denizler, göller hemen buharlaşmaz.
• Vücudumuzdaki su → ısıya karşı stabil kalır, terleme ile kontrollü serinlik sağlar.

Sonuç Olarak

🔹 Su küçük bir molekül olmasına rağmen,
🔹 Molekülleri arasında güçlü hidrojen bağları bulunduğundan,
🔹 Bu bağları koparmak için yüksek sıcaklık gerekir,
🔹 Bu da suya yüksek kaynama noktası kazandırır.

Bu Sürece Ne Denir?

Bu olaya:

• Otoiyonizasyon (kendi kendine iyonlaşma)
  veya
• Oto-protolitik reaksiyon (proton alışverişi olduğu için) denir.

Elektriksel İletkenlik Açısından

• Saf su çok az miktarda iyon içerdiği için iletkenliği düşüktür.
• Ancak tam saf (ultrapure) sudan bile çok düşük bir elektrik akımı geçirilebilir, çünkü az da olsa H₃O⁺ ve OH⁻ iyonları vardır.

Sonuç Olarak

🔹 Su, kendi molekülleri arasında proton alışverişi yaparak H₃O⁺ ve OH⁻ iyonlarına ayrışabilir.
🔹 Bu özellik, suyun:

Suyun Şeffaflığı Ne Demektir?

Şeffaflık; bir maddenin, görünür ışığı önemli ölçüde soğurmadan geçirmesi anlamına gelir.
Yani:

Işık ve Elektromanyetik Spektrum

Işık aslında elektromanyetik dalgaların bir parçasıdır.

Neden Şeffaf? (Fiziksel Açıklama)

• Su molekülleri, görünür ışığın dalga boyundaki fotonlarla rezonansa girmez.
• Bu yüzden bu ışık ne soğurulur ne de saçılır → doğrudan geçer.

📌 Yani su, görünür ışıkla etkileşime geçmediği için ona:

• Renk vermez,
• Engel olmaz.

Su Altı Yaşamı

• Güneş ışığı suya nüfuz edebildiği için fotosentez yapan su altı bitkileri yaşayabilir.
• Deniz canlıları görsel iletişim kurabilir.

Fotosentez

• Görünür ışığın su altına geçebilmesi → okyanuslarda oksijen üretimi sağlar.

Isı Dengesi

• Su, görünür ışığı geçirir ama kızılötesi (ısıyı) emer → bu sayede dünya iklimini düzenler.

Teknik Uygulamalarda Önemi

• Fiber optik teknolojilerde → suya benzeyen şeffaflık ilkeleri kullanılır.
• Görüntüleme sistemlerinde, suyun ışığı geçirme özelliği hesaplanır.
• Spektroskopik analizlerde, suyun IR ve UV soğurma eğrileri göz önüne alınır.

• Canlılar güneş ışığından faydalanabilir,
• Tehlikeli ışınlardan korunur,
• Doğal bir enerji dengesi sağlanır.

“Negatif Basınç” Ne Demektir?

Normalde basınç, bir maddenin bir yüzeye uyguladığı pozitif bir kuvvet olarak düşünülür.
Fakat negatif basınç, sıvının gerilme altında tutulduğu anlamına gelir — yani çekilerek uzatıldığı ama yine de kopmadan sıvı hâlini koruduğu bir durumdur.

Su Neden Sıvı Kalabilir?

Çünkü:

1. Kohezyon → Su moleküllerinin birbirini çekme kuvveti (Hidrojen bağları sayesinde).
2. Adezyon → Su moleküllerinin yüzeylere (örneğin bitki damarları) tutunması.

Doğadaki Örneği – Bitki Ksilemleri

Bitkilerde kökten yapraklara su taşıma işlemi, negatif basınç altında gerçekleşir.
Buna transpirasyon-kohezyon teorisi denir:

Ne Kadar Negatif Basınca Dayanabilir?

Laboratuvar ortamında –100 atmosfer gibi olağanüstü düşük (negatif) basınçlarda bile suyun hâlâ sıvı kalabildiği gözlemlenmiştir.
Bu, sıradan sıvılar için mümkün değildir.

Sınırlı Bir Dayanım Vardır

Her ne kadar güçlü olsa da:

• Sıcaklık düşüktür (genellikle oda sıcaklığı veya altında).
• Basınç negatiftir (sıvı gerilme altındadır).
• Sıvı, buharlaşmaması veya kavitasyon oluşturmaması için çok güçlü kohezyon gösterir.

Fiziksel Özelliği

• Su molekülleri arasındaki hidrojen bağları, sıvıyı gerilme altında bile bir arada tutar.
• Bu durumda su hâlâ klasik anlamda bir sıvıdır, fakat alışılmadık şekilde davranır.

Örnek

• Bitkilerin ksilem dokularında su, –2 ila –10 atmosfer arasında negatif basınç altında sıvı kalır.

Süperkritik Su (Süperkritik Akışkan)

Koşullar

• Sıcaklık ≥ 374°C
• Basınç ≥ 22.1 MPa (221 atm)
  (Bunlar suyun kritik sıcaklık ve basıncıdır.)

Fiziksel Özelliği

• Suyun artık ne sıvı ne de gaz olduğu bir durumdur.
• Yoğunluk olarak sıvıya benzer, ama gaz gibi akar ve gaz gibi difüzyon yapabilir.
• Yüzey gerilimi yoktur, çünkü gaz ve sıvı fazı arasında artık sınır yoktur.

Uygulama Alanları

• Organik atık dönüşümü (hidrotermal oksidasyon),
• Süperkritik sıvı ekstraksiyonları (kafein giderimi, ilaç üretimi),
• Enerji sistemleri (süperkritik su reaktörleri).

İlişki Var mı?

🔹 İkisi doğrudan aynı şey değildir ama su moleküllerinin ekstrem fiziksel koşullarda nasıl esnek davrandığının iki farklı örneğidir.

Kapiler Hareket (Kapillarite)

Suyun dar borularda veya küçük gözeneklerde yerçekimine karşı yukarı doğru hareket etmesidir.
Bu olay, suyun:

Dona Karşı Direnç

Suyun donarken moleküler yapısının genişlemesine rağmen, bazı ortamlarda (özellikle canlı dokularda ve toprak içinde) hücrelere zarar vermeden donabilmesi veya donmayı geciktirmesi anlamına gelir.

Hidrolik Kapasite

Toprak, bitki dokusu veya başka gözenekli yapılar içinde su taşıyabilme yeteneğini ifade eder.
Su, bu ortamlarda:

Kohezyon ve Adezyon

• Su molekülleri birbirini çeker (kohezyon),
• Aynı zamanda temas ettiği yüzeylere tutunur (adezyon),
• Bu da dar boşluklarda yukarı yönlü hareket sağlar (kapilerite).

Yüzey Gerilimi

• Suyun yüksek yüzey gerilimi, gözenekli ortamlarda damlacık olarak değil, sürekli kolon şeklinde ilerlemesini sağlar.

Donma Sırasında Hacim Artışı

• Su donarken %9 oranında genleşir → bu normalde hücrelere zarar verir.
• Ancak:
  • Bitki hücrelerinde suyun dış bölgelere (apoplastik alanlara) taşınması bu riski azaltır.
  • Kapiler yapılar içinde su, donmaya karşı daha dirençlidir çünkü:
    • Dar alanlarda donma sıcaklığı düşer (0°C’nin altına inebilir),
    • Böylece süpersoğuma gerçekleşebilir (donmadan soğuma).

Negatif Basınçla Sıvı Kalma Yeteneği

• Su, ksilemlerde –2 ila –10 atmosfer basınçta sıvı kalabilir → bu, donmayı geciktirir.
• Sıvı haldeki su hareket etmeye devam eder → donma ilerleyemez.

Suyun:

• Düşük viskozitesi,
• Kohezyon/adezyon kombinasyonu, bu iki özelliği maksimum verimle sağlar.

Bitkilerde

• Su, intercellüler boşluklara çekilir → hücre içi donma engellenir.
• Ksilemde hava kabarcığı oluşumu (kavitasyon) riski vardır ama suyun kohezyonu bunu geciktirir.

Toprakta

• İnce gözenekli toprak suyu daha geç donar → bitki kökleri korunur.
• Bu nedenle kapiler su, tarımda don direnci açısından kritik öneme sahiptir.

Sayın okuyucu,

Aşağıdaki linkten yazımızda yer alan konu hakkında sorularınızı ve görüşlerinizi, merak ettiğiniz ve yazılarımıza konu olmasını istediğiniz hususları iletebilirsiniz.

Bilginin paylaştıkça çoğalacağı düşüncesi ve sizlere daha iyi hizmet verme azmi ile her gün daha da iyiye ilerlemede bizlere yorumlarınız ve katkılarınız ile yardımcı olursanız çok seviniriz. https://g.page/r/CTHRtqI0z0gjEAE/review

Dr Mustafa KEBAT

Tetkik OSGB İş Sağlığı ve Eğitim Koordinatörü

Sınırlı Sorumluluk Beyanı:
Web sitemizin içeriği, ziyaretçiyi bilgilendirmeye yönelik hazırlanmıştır. Sitede yer alan bilgiler, hiçbir zaman bir hekim tedavisinin ya da konsültasyonunun yerini alamaz. Bu kaynaktan yola çıkarak, ilaç tedavisine başlanması ya da mevcut tedavinin değiştirilmesi kesinlikte tavsiye edilmez. Web sitemizin içeriği, asla kişisel teşhis ya da tedavi yönteminin seçimi için değerlendirilmemelidir. Sitede kanun içeriğine aykırı ilan ve reklam yapma kastı bulunmamaktadır.