Suyun Buzdan Daha Yoğun Olması ?

[Omnipotent 0]

Maddeler sıvıdan katıya geçerken yani donarken moleküller birbirine daha da yakınlaşır ve sıkışır , böylece az hacimli çok yoğun bir katı ortam oluşur ..

 

Fakat su +4 ile 0 derece arasında katı faza geçerken önce normal sıvılar gibi büzüşüyor fakat sonra moleküller arası boşluklar daha da artıyor .. Bundan dolayı da su buzdan daha yoğundur ve buz suda yüzer .. ( Su 1-Buz 0.9)

 

Sorum şu , katılık demek moleküller arasındaki boşlukların azalması demek , buz bu durumda nasıl hala katı faz durumda ? Sıvı hali nasıl daha yoğun olacak bir maddenin ? Bu fizik ve kimya kurallarına aykırı değil mi ? Normalde eğer su molekulleri daha yakın hale gelemiyorsa hiç katı olamamalıydı ?

[haci 0]

Suyun birçok anormal davranışları olduğu bilinir. Anormalden ne demek istediğimizi şöyle açıklayabilirim: Su molekülleri diğer moleküller arasındaki olağan ve tahmin edilebilir güçlere uymazlar. Örnegin, suyun kaynama ve donma noktaları anormal şekilde yüksektir.
Daha spesifik olarak şu örnegi verebilirim. Hidrojenli bileşiklerden CH4, SiH4, GeH4 ve SnH4 kaynama noktaları yönünden belli bir eğilime sahiptirler. Hidrid denen bu bileşiklerin moleküler ağırlıkları ne kadar fazlaysa, kaynama noktaları da o kadar yüksektir. CH4’ün moleküler ağırlığı 16 ve kaynama noktası -161 derecedir. Suyun moleküler ağırlığı ise bundan biraz daha fazla (18) olmasına rağmen, 100 derecede kaynayan bir sıvıdır.

Suyun yoğunluğu ile sıcaklığı arasındaki ilişki de diğer bileşiklerden farklıdır.Sıvıların çoğunda sıcaklık düştükçe yoğunluk artar. Su molekülü bu eğilimi yalnız 4 dereceye kadar izler. Soğutmaya devam edince suyun yoğunluğu azalmaya başlar.

Bu anormal davranışları açıklamak mümkündür. Herşeyden önce su molekülü böyle davranmasaydı dünyada canlılar ortaya çıkamazlardı. Oksijen, paylaşmadığı bir çift elektrona sahip oldukça elektronegatif bir elementtir. Hidrojen atomları oksijene polar bağlarla tutunurlar. Yalnız pozitif yüklü bir protondan oluşan hidrojen atomu son derece küçüktür. Elektronu oksijenle paylaştığı için pratik olarak çıplak bir protondan ibarettir bile diyebiliriz. Bu nedenden dolayı bir su molekülündeki hidrojenle, diğer su molekülündeki oksijen birbirlerini oldukça büyük bir güçle cezbederler. Bu cazibeyi de hidrojen bağı ile açıklamak mümkündür. Bu nedenden dolayı su ayrı moleküller gibi davranmaz. Bir ağ şebekesi oluşturan büyük bir molekül gibi davranır. Hidrojen bağları diğer moleküller arası bağlardan daha güçlü olduğundan, su moleküllerini birbirlerinden ayırmak daha büyük enerjiye gereksinim gösterir. Suyun buz olması veya kaynaması için gerekli kinetik enerji miktarı, diğer sıvılardan fazladır. Bu nedenlerden dolayı suyun kaynama ve donma noktaları diğer sıvılara oranla daha yüksektir.

Suyun olağan dışı yoğunluk-sıcaklık davranışını şöyle açıklayabiliriz. Yüksek sıcaklıklarda kinetik enerji su moleküllerinin birbirlerinden ayrılmasına neden olur. Bu ısılarda su molekülleri arasındaki hidrojen bağları sayısı azdır. Sıcaklık düştükçe su molekülleri arasındaki hidrojen bağları sayısı hızla artar. 4 derecede moleküller arasındaki mesafe en azdır. Sıcaklığın düşmeye devam etmesi durumunda artan hidrojen bağları sabitleşmeye başlar. Her molekül kendine ait yeri tutar. Her oksijen atomu dört hidrojen atomu ile birlikte tetrahedral olarak birbirlerine tutunurlar. Bu dört bağdan ikisi kovalen, ikisi hidrojen bağlarıdır. Bu moleküler yapı geniş alanı kaplar, su genişler ve yoğunluğu düşer.

Su hidrojen bağları içeren yegane sıvı değildir. Aminler (RNH2), alkoller (ROH) ve karboksil asitler (RCOOH) de de hidrojen bağları oluşur. Bu bağların kuvveti molekülden moleküle değişiklik arzeder.

[Omnipotent 0]

14 dakika önce, haci yazdı:

Suyun birçok anormal davranışları olduğu bilinir. Anormalden ne demek istediğimizi şöyle açıklayabilirim: Su molekülleri diğer moleküller arasındaki olağan ve tahmin edilebilir güçlere uymazlar. Örnegin, suyun kaynama ve donma noktaları anormal şekilde yüksektir.
Daha spesifik olarak şu örnegi verebilirim. Hidrojenli bileşiklerden CH4, SiH4, GeH4 ve SnH4 kaynama noktaları yönünden belli bir eğilime sahiptirler. Hidrid denen bu bileşiklerin moleküler ağırlıkları ne kadar fazlaysa, kaynama noktaları da o kadar yüksektir. CH4’ün moleküler ağırlığı 16 ve kaynama noktası -161 derecedir. Suyun moleküler ağırlığı ise bundan biraz daha fazla (18) olmasına rağmen, 100 derecede kaynayan bir sıvıdır.

Suyun yoğunluğu ile sıcaklığı arasındaki ilişki de diğer bileşiklerden farklıdır.Sıvıların çoğunda sıcaklık düştükçe yoğunluk artar. Su molekülü bu eğilimi yalnız 4 dereceye kadar izler. Soğutmaya devam edince suyun yoğunluğu azalmaya başlar.

Bu anormal davranışları açıklamak mümkündür. Herşeyden önce su molekülü böyle davranmasaydı dünyada canlılar ortaya çıkamazlardı. Oksijen, paylaşmadığı bir çift elektrona sahip oldukça elektronegatif bir elementtir. Hidrojen atomları oksijene polar bağlarla tutunurlar. Yalnız pozitif yüklü bir protondan oluşan hidrojen atomu son derece küçüktür. Elektronu oksijenle paylaştığı için pratik olarak çıplak bir protondan ibarettir bile diyebiliriz. Bu nedenden dolayı bir su molekülündeki hidrojenle, diğer su molekülündeki oksijen birbirlerini oldukça büyük bir güçle cezbederler. Bu cazibeyi de hidrojen bağı ile açıklamak mümkündür. Bu nedenden dolayı su ayrı moleküller gibi davranmaz. Bir ağ şebekesi oluşturan büyük bir molekül gibi davranır. Hidrojen bağları diğer moleküller arası bağlardan daha güçlü olduğundan, su moleküllerini birbirlerinden ayırmak daha büyük enerjiye gereksinim gösterir. Suyun buz olması veya kaynaması için gerekli kinetik enerji miktarı, diğer sıvılardan fazladır. Bu nedenlerden dolayı suyun kaynama ve donma noktaları diğer sıvılara oranla daha yüksektir.

Suyun olağan dışı yoğunluk-sıcaklık davranışını şöyle açıklayabiliriz. Yüksek sıcaklıklarda kinetik enerji su moleküllerinin birbirlerinden ayrılmasına neden olur. Bu ısılarda su molekülleri arasındaki hidrojen bağları sayısı azdır. Sıcaklık düştükçe su molekülleri arasındaki hidrojen bağları sayısı hızla artar. 4 derecede moleküller arasındaki mesafe en azdır. Sıcaklığın düşmeye devam etmesi durumunda artan hidrojen bağları sabitleşmeye başlar. Her molekül kendine ait yeri tutar. Her oksijen atomu dört hidrojen atomu ile birlikte tetrahedral olarak birbirlerine tutunurlar. Bu dört bağdan ikisi kovalen, ikisi hidrojen bağlarıdır. Bu moleküler yapı geniş alanı kaplar, su genişler ve yoğunluğu düşer.

Su hidrojen bağları içeren yegane sıvı değildir. Aminler (RNH2), alkoller (ROH) ve karboksil asitler (RCOOH) de de hidrojen bağları oluşur. Bu bağların kuvveti molekülden moleküle değişiklik arzeder.
 

 

 

Su dışında bilinen katı fazı daha az yoğun olan bir madde var mı ? Alkoller falan da mı öyle ?