Su neden sıvıdan katıya geçerken hacmi artan tek şey!

[bilgix 0]

evet bu ilginç fenomenin nedeni bulunamadı ama hayatın soğukta da devam etmesini sağlayan belki de evrendeki canlılığı oluşturan temel kozmik şanslardan biri siz ne dersiniz?

[bayşapka 0]

katı hali sıvı halinden daha az yoğun olan bütün bileşikler ve elementler böyle. Örneğin beni bildiğim kadarıyla silikonun katı hali de sıvı halinden daha geniş. Bu suya has veya abartılacak bir durum değil. Nedeni de buzun içindeki kristallerin latis yapısı oluşturması. 

[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 örneği 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 birbirlerinde 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 oluşurlar. Bu bağların kuvveti molekülden moleküle değişiklik arzeder.