Su, hidrojen ve oksijen elementlerinden oluşan, gaz, sıvı ve katı hallerde bulunan bir maddedir. En bol bulunan ve en gerekli olan bileşiktir. Oda sıcaklığında tatsız, kokusuz ve sıvı haldedir. Birçok maddeyi önemli ölçüde çözme yeteneğine sahiptir. Suyun çözücü olması canlı organizmalar için çok önemlidir. Su aynı zamanda güneş sisteminin hem içindeki hem de dışındaki diğer gezegenlerde ve uydularda da mevcuttur. Küçük miktarlardaki su renksiz görünür, ancak su aslında kırmızı dalga boylarında hafif ışık absorpsiyonundan kaynaklanan kendine özgü mavi bir renge sahiptir.
Su molekülleri yapı olarak basit (H2O) olmasına rağmen, bileşiğin fiziksel ve kimyasal özellikleri olağanüstü derecede karmaşıktır. Hemen hemen tüm diğer bileşikler için katı hal, sıvı halden daha yoğundur; böylece katı, sıvının dibine batar. Buzun su üzerinde yüzmesi son derece önemlidir çünkü dünyanın soğuk bölgelerindeki gölet ve göllerde oluşan buz, aşağıdaki su yaşamını koruyan bir yalıtım bariyeri görevi görmektedir. Buz, sıvı sudan daha yoğun olsaydı, denizde oluşan buz batardı ve böylece canlılar soğuga daha fazla maruz kalırdı.
Su sayısız bitki ve hayvan için yaşam alanıdır. Suyun kolayca buhara (gaza) dönüşmesi, atmosfer yoluyla okyanuslardan yoğunlaştığı iç bölgelere taşınmasına imkan sağlar.
Tarihçe
Önemi nedeniyle su insanlık tarihinde uzun süredir önemli bir dini ve felsefi rol oynamıştır. MÖ 6.yüzyılda, Milet Thales, suyu maddenin tek temel yapı taşı olarak görmüştür. 200 yıl sonrasında Aristoteles, suyu toprak, hava ve ateşe ek olarak dört temel elementten biri olarak görmüştür. Suyun temel bir madde olduğu inancı, 18. yüzyılın ikinci yarısında yapılan deneyler sonucunda suyun hidrojen ve oksijen elementlerinden oluşan bir bileşik olduğunu gösterene kadar 2.000 yıldan fazla sürmüştür.
Dünya yüzeyindeki su, tatlı su gölleri, nehirler ve yer altı sularında bulunmakla birlikte, esas olarak okyanuslarda (% 97,25) ve kutup buzullarında ve (%2,05) bulunmaktadır. Dünya nüfusu arttıkça ve tatlı su talebi arttıkça, su arıtma ve geri dönüşüm giderek daha önemli hale gelmiştir. Endüstriyel kullanımdaki suyun saflık gereksinimleri genellikle insan tüketimi için uygun olan saflık gereksiniminden fazladır. Örneğin yüksek basınçlı kazanlarda kullanılan su en az %99.999998 saf olmalıdır.
Suyun Yapısı
Sıvı su
Su molekülü iki bileşenden oluşmaktadır. Hidrojen atomları, her biri tek bir bağ ile bir oksijen atomuna bağlıdır. Çoğu hidrojen atomunun yalnızca bir protondan oluşan bir çekirdeği vardır.
ÖNEMLİ NOT: Döteryum oksit (D2O), adı verilen ağır su , kimyasal araştırmalarda önemlidir ve bazı nükleer reaktörlerde nötron moderatörü olarak da kullanılmaktadır.
Formülü (H2O) basit görünmesine rağmen, su çok karmaşık kimyasal ve fiziksel özellikler göstermektedir. Örneğin, erime noktası 0 °C (32 °F) ve kaynama noktası 100 °C’dir (212 °F). Hidrojen sülfit ve amonyak gibi benzer bileşiklerle karşılaştırıldığında kaynama noktası beklenenden çok daha yüksektir. Katı haliyle, buzda su, sıvı halindekinden daha az yoğundur, bu oldukça ilginç bir özelliktir. Bu ilginç özellikleri su molekülünün elektronik yapısından kaynaklanmaktadır.
Su molekülü doğrusal değildir, özel bir şekilde bükülmüştür. İki hidrojen atomu, 104.5 °’lik bir açıda oksijen atomuna bağlanmıştır.
O ― H mesafesi (bağ uzunluğu ) 95,7 pikometredir (9,57 x 10 −11 metre veya 3,77 x 10 −9 inç). Bir oksijen atomu, bir hidrojen atomundan daha büyük bir elektronegatifliğe sahiptir. Su molekülündeki O ― H bağlarında, oksijen kısmi bir negatif yüke ve hidrojenler kısmi bir pozitif yüke (δ +) sahip olduğu için su molekülü kutupsaldır.
Su moleküllerindeki hidrojen atomları, elektron yoğunluğu yüksek bölgelere çekilerek zayıf bağlar oluşturabilmektedirler. Bu, bir su molekülündeki hidrojen atomlarının, bitişik bir su molekülü üzerindeki oksijen atomunun bağlanmayan elektron çiftlerine çekildiği anlamına gelmektedir. Sıvı suyun yapısının, sürekli olarak oluşan ve yeniden oluşan su molekülleri agregalarından oluştuğuna inanılmaktadır. Bu durum, yüksek viskozite ve yüzey gerilimi gibi suyun diğer ilginç özelliklerini açıklamaktadır.
Bir oksijen atomunun dış ( değerlik ) kabuğunda toplam altı elektron vardır. Bir oksijen atomu tek bir kimyasal bağ oluşturduğunda, kendi elektronlarından birini başka bir atomun çekirdeği ile paylaşır ve karşılığında o atomdan bir elektron alır. İki hidrojen atomuna bağlandığında, oksijen atomunun dış elektron kabuğu dolar.
Su molekülündeki elektron dizilişi aşağıdaki gibi gösterilebilir
1.Gösterim:
Her nokta çifti, bir çift paylaşılmamış elektronu temsil etmektedir (yani, elektronlar yalnızca oksijen atomunda bulunur). Bu durum, su molekülünün bir küp içine yerleştirilmesiyle de tasvir edilebilir.
2.Gösterim:
Her ↑ ↓ sembolü, bir çift paylaşılmamış elektronu temsil eder. Bu elektronik yapı, hidrojen bağı oluşturur.
Yüksek Sıcaklık ve Basınçlarda Suyun Özellikleri
Suyun polar bir çözücü (çözücü ortam) gibi davranma özelliği, su yüksek sıcaklık be basınca maruz kaldığında değişmektedir. Su ısındıkça moleküllerin polar olmayan moleküllerle etkileşime girme olasılığı çok daha yüksektir.
Su, kritik sıcaklık ve basınç (374 °C (705.2 °F), 218 atmosfer) değerinde ilginç özellikler göstermektedir. Kritik sıcaklığının üzerinde, suyun sıvı ve gaz halleri arasındaki ayrım ortadan kalkar. Süper kritik suyun yoğunluğu yeterince yüksekse, iyonik çözünenler kolaylıkla çözünürdür ancak şaşırtıcı bir şekilde bu süper kritik sıvı polar olmayan maddeleri de kolaylıkla çözebilmektedir. Bu özellik normal koşullarda suyun yapamadığı bir olaydır. Polar olmayan maddeleri çözme kabiliyeti nedeniyle süper kritik su, toksik atıkları yok etmek için bir yanma ortamı olarak kullanılabilir. Örneğin, organik atıklar yeterince yoğun süper kritik suda oksijenle karıştırılabilir ve sıvıda yakılabilir. Süper kritik sudaki oksidasyon, süper kritik su reaktörünün kapalı bir sistem olması avantajıyla çok çeşitli tehlikeli organik maddeleri yok etmek için kullanılabilir bu nedenle atmosfere salınan emisyon olmaz.
Fiziksel Özellikler
| Suyun seçilmiş fiziksel özellikleri | |
| Molar kütle | 18.0151 gr/mol |
| Erime noktası | 0.00 °C |
| Kaynama noktası | 100.00 °C |
| Maksimum yoğunluk (3,98 °C’de) | 1,0000 gr /cm3 |
| Yoğunluk (25 °C) | 0,99701 gr /cm3 |
| Buhar basıncı (25 °C) | 23.75 torr |
| Füzyon ısısı (0 °C) | 6.010 kj/mol |
| Buharlaşma ısısı (100 °C) | 40.65 kj/mol |
| Oluşum ısısı (25 °C) | −285,85 kj/mol |
| Buharlaşma entropisi (25 °C) | 118,8 joule / °C mol |
| Yüzey gerilimi (25 °C) | 71.97 dyn/cm |
Kimyasal özellikler
Asit-baz reaksiyonları
Suyun en önemli kimyasal özelliklerinden biri, amfoterik maddelerin karakteristik özelliği olan hem bir asit (bir proton vericisi) hem de bir baz (bir proton alıcısı) olarak davranma yeteneğidir. Bu davranış en açık şekilde suyun otoiyonizasyonu:
H2O(l) + H2O(l) ⇌ H3O + (aq) + OH – (aq)
(l): Sıvı hali temsil eder.
(aq): Türlerin suda çözündüğünü gösterir
çift oklar: Reaksiyonun her iki yönde de gerçekleşebileceğini ve bir denge koşulunun mevcut olduğunu gösterir.
25 °C’de sulu çözeltilerde:
| Nötr çözelti | [H + ] = [OH – ] | pH = 7 |
| Asidik çözelti | [H + ]> [OH – ] | pH <7 |
| Bazik çözelti | [OH – ]> [H + ] | pH> 7 |
Oksidasyon-indirgeme reaksiyonları
Aktif bir metal olan sodyum, sıvı su ile temas ettirildiğinde alevli hidrojen gazı açığa çıkaran şiddetli bir ekzotermik (ısı üreten) reaksiyon meydana gelir.
2Na(k) + 2H2O(l) → 2Na + (sulu) + 2OH – (sulu) + H2 (g)
Bu, elektronların bir atomdan diğerine aktarıldığı bir reaksiyon olan oksidasyon-indirgeme reaksiyonunun bir örneğidir. Bu durumda, elektronlar sodyum atomlarından (Na + iyonlarını oluşturan ) su moleküllerine aktarılarak hidrojen gazı ve OH – iyonları oluşturur. Diğer alkali metaller su ile benzer reaksiyonlar oluşturur. Daha az aktif metaller su ile yavaş reaksiyona girer. Örneğin, demir sıvı suyla oldukça yavaş bir hızda reaksiyona girer ancak demir oksit ve hidrojen gazı oluşturmak için aşırı ısıtılmış buharla çok daha hızlı reaksiyona girer .
ÖNEMLİ NOT: Altın ve gümüş gibi metaller su ile hiç reaksiyona girmez.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
