Bizler, her yanı moleküllerin birleşiminden meydana gelmiş bir dünyanın içinde yaşıyoruz. Bazı moleküller, metan ya da hidrojen gazı gibi daha küçük ve basittir. Bazı moleküller ise son derece büyük ve kompleks bir yapıya sahiptir. Bazı moleküller kokudan ve tattan sorumludurlar. Bazıları havada uçar, bazıları vücudumuzu, bazıları da suyun derinliklerindeki ihtişamlı güzellikleri meydana getirirler.
Kısacası yaşantımızdaki herşey moleküldür. Söz konusu "herşey" çok geniş bir anlama sahiptir. 109 atom çeşitli şekillerde birleşir ve etrafımızdaki "herşeyi" oluştururlar. Bu atomların meydana geliş şekilleri, yani oluşturdukları özel dizaynlar, birbirinden farklı maddesel özelliklerin ortaya çıkmasını sağlar. Bazen moleküle tek bir atom eklenir ve içtiğimiz su bir zehire dönüşebilir. Moleküle eklenen veya molekülden ayrılan tek bir atom, yenilemez şeyi yenilebilir hale, keskin ve çirkin bir kokuyu muhteşem gül kokusuna dönüştürebilir. Aynı atomların farklı şekillerde birbirlerine bağlanmaları, molekülün rengini değiştirebilir, akışkan bir maddeyi katı yapabilir. İşte evren, henüz bilimin tüm sırlarını çözemediği bu eşsiz sanatın sergilendiği yerdir.
Su
Yeryüzünde sıvı, katı ve gaz halinde olmak üzere oldukça fazla miktarda su bulunmaktadır. Bu miktarın %97'si tuzludur. Dünyadaki tatlı suyun %75'i ise kutuplarda katılaşır. Toplam suyun geriye kalan %1'i içilebilir, ama bunun çoğu ulaşılamayan derinliklerdeki yer altı sularıdır. Canlılığın ihtiyacını karşılayan su ise, göllerde ve nehirlerde bulunan toplam suyun %0.05'idir. Bu az miktar bile yeryüzündeki canlıların yaşaması için yeterlidir.
Ancak ne ilginçtir ki, dünyadaki suların %97'sini oluşturan tuzlu sular, yani tüm okyanus ve denizler, aslında insanın ve diğer kara canlılarının yaşamına hizmet etmektedir. Çünkü tatlı suyun insanlara taşınması, okyanus ve denizlerden buharlaşan suların bulutlarda birikmesi ve sonra da yağmurla yeryüzüne dönmesi sayesinde mümkün olmaktadır. Dünya yüzeyinin %70'inden fazlasını kaplayan okyanus ve denizler, geriye kalan karaları sulayacak buharlaşmayı en ideal değerlerde sağlamaktadır. Karalar daha fazla olsa kurak bölgeler ve çöller çok artardı. Karalar daha az olsaydı, bu kez de hem insanlara yaşam ve tarım açısından yetersiz bir alan kalacak hem de bu alanlar aşırı derecede yağmur alarak verimsizleşecekti. Dolayısıyla dünya üzerindeki kara-su oranı, insan yaşamı için en ideal değerdedir.
Su, içinde ve çevresinde birçok canlı türünü barındırma özelliğine sahiptir. En küçük bir su damlası bile içinde yüzlerce mikroorganizmayı barındırabilir. Su aynı zamanda canlı bedeninin "içindedir". Yeryüzünde yaşayan bütün canlılar %50 - %95 oranında sudan oluşmaktadır.
Su, iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun birleşmesinden meydana gelir. Ama bu iki atomu su molekülünü oluşturacak şekilde birleştirmek oldukça zordur. Hidrojen ve oksijen atomlarını kontrollü bir ortamda veya bir tüpün içinde biraraya getirdiğinizde bunların aniden bir su molekülüne dönüştüğünü göremezsiniz. Yüzlerce yıl bekleseniz yine böyle bir sonuç ile karşılaşamazsınız. Tüpün içinde su, ancak binlerce yıl sonra ve oldukça az miktarda oluşabilir. Bu da ancak bir ihtimaldir.
Bazı moleküllerin meydana gelebilmeleri veya değişim geçirebilmeleri için yüksek bir enerji seviyesinin ve dolayısıyla da yüksek bir sıcaklığın olması gerektiğinden daha önce bahsetmiştik. Su için de aynı şey geçerlidir. Havada serbest halde dolaşan iki molekül olan Hidrojen (H2) ve Oksijen gazının (O2) biraraya gelerek suyu oluşturabilmeleri için çarpışmaları gerekmektedir. Çarpışma sırasında hidrojen ve oksijen moleküllerini oluşturan bağlar zayıflar ve bu molekülleri oluşturan atomlar yeni bir molekül olan suyu meydana getirmek üzere birleşirler. Ancak söz konusu çarpışma ancak çok yüksek bir sıcaklıkta ve yüksek bir enerji seviyesinde meydana gelmektedir. Şu anda yeryüzünde suyun oluşumuna olanak sağlayacak kadar yüksek ısı yoktur. Dünyada var olan su, dünyanın oluşumu sırasındaki yüksek sıcaklık sonucunda oluşan su miktarıdır. Bu miktarda hiçbir zaman bir değişme olmaz.
İçtiğimiz, kullandığımız, besinlerle aldığımız su, bize her an düzenli olarak arıtılmış şekli ile geri gelir. Çünkü su, sıcaklıktan etkilenerek 3 farklı halde bulunabilir. Katı hale gelen su, adeta rezerve edilmiş gibi kutuplarda dev buzullar şeklinde saklanmaktadır. Yeryüzünde kullanılan su ise, gaz haline dünüşebildiği için buharlaşarak havaya yükselir ve burada yeniden insanların kullanımına sunulacak şekilde sıvı hale dönüşüp yağmur olarak yeryüzüne düşer. Kısacası bizler, suya özel olarak verilmiş bu özellikler sayesinde defalarca aynı suyu içer, defalarca aynı suyu kullanırız.
Suyun Kaynağı: Hidrojen Bağları
Su, oda sıcaklığında sıvı haldedir. Normal şartlarda bu ilginç bir durumdur, çünkü su küçük bir moleküldür ve amonyak veya metan benzeri diğer küçük moleküllerde olduğu gibi bu molekülün de oda sıcaklığında gaz olması beklenir. Suyun sıvılığı küçük hidrojen atomlarından, bunları güçle çeken oksijen atomlarından ve dolayısıyla iki su molekülü arasında oluşan hidrojen bağlarından kaynaklanmaktadır. Bilindiği gibi su molekülünü kovalent bağlar oluşturur. Ancak meydana gelen bu molekülü bir diğer su molekülüne bağlayan bağ, hidrojen bağıdır. Daha önce de belirtildiği gibi hidrojen bağları son derece zayıf bağlardır. Bir hidrojen bağının ömrü yaklaşık olarak saniyenin yüz milyarda biri kadardır. Ancak bağın kırılması molekülü ortadan kaldırmaz, çünkü bir bağ kırıldığında yerine hemen yeni bir bağ oluşur. Bu yenilenmenin sonucunda su moleküllerinin birbirlerine yapışmaları mümkün olmaz. Ama bunun bir sonucu olarak bu moleküller akışkan olurlar. Sonuç olarak moleküller bağımsız hareket eden bir gaz yerine, hareketli bir sıvı olarak biraraya kümelenirler. Suyun benzerlerinden farklı olan bu yapısı, yaşam için temel unsurlardan bir tanesidir.
Su molekülleri arasındaki zayıf hidrojen bağlarının bir diğer sonucu da, suyun sıvı ve katı hali arasındaki yoğunluk farkıdır. Bilinen tüm maddelerde katılar sıvılardan daha yoğundurlar. Örneğin, normal şartlarda eritilmiş demirin içine katı demir parçaları attığınızda bu katı maddeler kesin olarak dibe çökecektir. Ama su için bu geçerli değildir. Suyun katı hali olan buzun yoğunluğu sudan daha azdır. Su, buz haline dönüştüğünde hidrojen bağları nedeni ile buzu oluşturan her bir molekül komşusunu sıkıca yakalar, ama buzu oluşturan bu moleküller arasındaki uzaklık çok fazladır. Dolayısıyla bu molekülleri oluşturan bağlar arasında boşluklar kalır. Katı haldeki suyun yapısı işte bu nedenle sıvı durumuna göre daha fazla boşluk içerir ve bu nedenle de daha az yoğundur. Bunun bir sonucu olarak, bir suyun içine buz attığınızda, buz suyun mutlaka yüzeyine çıkacaktır.
Suyun bu özellikleri canlılık için son derece önemlidir. Hidrojen bağlarının bu etkisi ile su daima yüzeyinden başlayarak donar. Bu da, kışın göl ve denizlerin üst katmanlarının buz tutmasına, su yüzeyinde yüzlerce tonluk dev buzulların oluşmasına ve buz kütlesinin altında suyun sıvı kalmasına neden olur. İşte suyun sadece yüzeyinin donmasının önemi burada ortaya çıkar. Su içinde yaşayan binlerce canlı bu sayede kışın da yaşamını devam ettirebilmektedir. Yüzeydeki buz aynı zamanda bir koruyucudur. Buz kütleleri suyun alt katmanlarını izole ederek daha fazla soğumasını da engellemiş olur. Alt katmanlardaki bu su kütlesi bu sayede en fazla artı 4 C'ye kadar soğur. Bu sıcaklık da deniz canlılarının yaşamlarını sürdürebilmeleri için yeterli bir sıcaklıktır. Buzun yoğunluğu sudan daha fazla olsaydı, sular dipten donmaya başlayacak, bir izolasyon olmadığı için donma yüzeye doğru ilerleyecek, dünyadaki denizlerin önemli bir bölümü buzdan ibaret hale gelecek ve böylelikle sudaki yaşam son bulacaktı.
Suyun bu özelliklerinin getirdiği bir başka sonuç daha vardır. Örneğin hafif bir metali suya bıraktığınızda bunun dibe çökmediğini, suyun üzerinde sabit olarak kaldığını görürsünüz. Bunun yanında bazı böcekler de suyun yüzeyinde rahatlıkla yürüyebilmektedirler. Metal sudan daha ağırdır, böceklerin bir kısmı da öyle… Peki suyun üzerinde durabilmeyi nasıl başarırlar? Bunun sebebi yine bizleri suyun özel yaratılışına götürür. Su moleküllerini birbirine bağlayan hidrojen bağları, "suyun yüzey gerilimini" meydana getirirler. Bu gerilim, suyun yüzeyindeki moleküllerin birbirleri ile ve aynı zamanda alttaki moleküllerle hidrojen bağları kurması ile oluşmaktadır. Bir böceğin suyun dibine batabilmesi için bu hidrojen bağlarından bir kısmını koparması gerekmektedir. Gemileri su yüzeyinde tutan şey de aynı yüzey gerilimi ve aynı zamanda suyun kendi iç direncidir. Eğer suyun bütün bu özellikleri olmasaydı, şu an gemilerin varlığından eser olmazdı, balıklar suyun içinde yaşayabilmek ve yüzebilmek için oldukça büyük bir enerjiye ihtiyaç duyarlardı, hatta belki de suyun içinde şimdiki çeşitlilikte yaşam olmazdı.
Topraktan yeni çıkmış açık yeşil renkteki bir çim tanesinde de, boyu metrelere varan dev ağaçlarda da hakim olan sistem suyun mucizevi özellikleri ile yakından ilgilidir. Su, moleküler özelliği ve bağlanma şekli nedeni ile bitkinin köklerine girer ve bitkinin içindeki borular boyunca yukarı doğru uzanır. Bazen bu yükseliş onlarca metreyi bulur, bazen de onlarca dala ayrılır ve birbirinden farklı yerlere ulaşır. Başka hiçbir sıvının bu kadar kolay başaramadığı bu işlem, "suyun kılcal hareket edebilme" özelliğidir. Su aynı zamanda emilebilirlik özelliğine de sahiptir. Odun veya jelatin gibi maddelerle temas ettiğinde hemen onların içine nüfuz edebilir. Çimlenmeye başlayan tohumların su alarak şişmesi de suyun bu özelliğinden kaynaklanmaktadır. Eğer yeryüzünde su ve toprak altında tohum olmasına rağmen suyun emilebilirlik özelliği olmasaydı, yeşil dünyadan eser kalmayacaktı. Bitki örtüsünün olmaması ise, yeryüzünde tüm canlılığın yok olması anlamına gelirdi.
Su, kendisini meydana getiren bu zayıf bağlar nedeni ile sıcaklık değişikliklerine direnç gösterir. Hava sıcaklığı aniden artsa bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş artar. Hava sıcaklığında ani bir düşüş olduğunda ise suyun sıcaklığı yine yavaş yavaş düşer ve su hava kadar soğumaz. Eğer suyun böyle bir özelliği olmasaydı, suda yaşayan canlılar şiddetli ve ani sıcaklık değişimlerine karşı koyamayacak ve kısa sürede ölüp tükeneceklerdi. Dahası, bizler de bu durumun etkisinde kalacak ve vücudumuzu meydana getiren %70 oranındaki suyun sıcaklıktan hemen etkilenmesi sonucunda ya aniden donacak ya da aniden ateşlenecektik.
Su aynı zamanda mükemmel bir eritkendir. Pek çok madde, özellikle de şeker, su ile hidrojen bağları oluşturabildiği için suda kolaylıkla eriyebilmektedir. Suda aynı zamanda tuz veya mineraller gibi iyonik bağlarla biraraya gelmiş moleküller de rahatlıkla erir. Suyun bu eritici özelliği vücudumuz için de son derece büyük bir öneme sahiptir. Besinlerin hücreye taşınması için su, mükemmel bir ortamdır. Aynı zamanda su, hücre içindeki moleküllerin de rahatlıkla hareket edebilecekleri ideal bir sıvıdır. Su, sıvı olduğunda bütün bunları vücut ısısında yapar. Ancak eritken özelliğine rağmen su kemiklerimizdeki kalsiyum ve fosfatı çözemez, bu nedenle iskeletimiz kendi sıvımızda çözünmez. Bu, kemiklerimizi oluşturan moleküllerin yapısından kaynaklanmaktadır. Kemikleri oluşturan özel moleküler yapı, suyun eritici özelliğine karşı koyacak şekilde biraraya gelmiş ve özel bir biçimde bağlanmış atomlardan oluşmaktadır.
Fazladan Eklenen Tek Bir Oksijen Atomu Suyu Zehirli Bir Maddeye Dönüştürebilir
Hayatımızda bu kadar büyük bir önemi olan suyu oluşturan atomlar belirli sıcaklık ve enerji seviyelerinde bir başka oksijen atomuyla daha birleşirler. Bu birleşme sonucunda H2O formülü H2O2 haline gelir. Görünürde bu küçük bir değişikliktir, ancak bu küçük değişiklik bu molekülün kimyasal özelliklerini tümüyle değiştirmeye yeter. Rahatlıkla içip kullanabildiğimiz, hayatımızın en önemli parçası olan su, bünyesine bir oksijen atomu aldığında hidrojen peroksit haline gelir. Bu değişim oldukça ilginçtir, çünkü bize fayda sağlayan su, bu değişim ile birlikte tümüyle zararlı etkilere sahip olan bir maddeye dönüşür. Peki yeni oluşan bu madde hangi özelliklere sahiptir?
Hidrojen peroksit güçlü bir oksitleyicidir, onunla temas eden tüm canlı bileşikleri ya yok eder ya da onlara ciddi zararlar verir. Zehirli etkisi nedeni ile havadaki sis ve kirliliğin oluşmasında etkilidir. Aynı zamanda güçlü kimyasal etkisi nedeni ile bir beyazlatıcıdır da. Siyah, kahve ve kumral renklerden sorumlu olan melanin pigmentlerini ve diğer pigmentleri okside edip yok etmektedir. Koyu renk saçların açık renge dönüştürülmesinde bu madde kullanılmaktadır.
Alıntıdır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder