Su kimyasi ders notlari

Su moleküllerinin kutupluluğu (polarlığı)
Suyun kimyasal davranışlarını anlamak için moleküler yapısını incelemek gerekir. Bir su molekülü bir oksijen atomuna bağlı iki hidrojen atomundan oluşur ve genel yapısı kırık çizgi şeklindedir. Bunun sebebi, oksijen atomunun hidrojen atomlarıyla bağ kurmasının yanı sıra, 2 çift paylaşılmayan elektron bulundurmasıdır. Tüm elektron çiftleri -paylaşılan ve paylaşılmayan- birbirlerini iter.
En kararlı dizilim, elektronları birbirinden en uzakta tutan dizilimdir: yani O-H bağının 4 "bacaktan" ikisini oluşturduğu bir dört yüzlü. Yalnız (paylaşılmayan) elektron çiftleri bağ elektronlarına kıyasla biraz daha iticidir, bu yüzden O-H bağları arasındaki açı normal bir dört yüzlüdeki 109° açısından daha küçüktür: yaklaşık 104,5° değerindedir.
Oksijenin hidrojenden daha elektronegatif (elektron isteği fazla) olması sebebiyle, Oksijen atomu elektronları kendine çeker ve H atomlarından uzak tutar. Böylece su molekülünün oksijen bulunan tarafı kısmi olarak negatif, hidrojen tarafı ise kısmi olarak pozitif yüklü olur. Su, polar kovalent bağlarından ve kırık çizgili şeklinden ötürü polar molekül olarak sınıflandırılır.
Su, büyük dipol momenti nedeniyle, iyonik ve polar maddeler için iyi bir çözücüdür. Polar olmayan maddeler suda çözünmez.
Su molekülünde iki hidrojen atomu açısal (104027 ´) polar kovalent bağlarla bir oksijen atomuna bağlanmıştır. Bu yapıda;

• Oksijen atomu hidrojenden daha elektronegatif olduğundan (sırasıyla 3,5 ve 2,1), bağ elektronları daha çok oksijen tarafından çekilmiş ve molekülün oksijen tarafı kısmi negatif yüke sahip olmuştur,
• Hidrojen atomları civarı ise kısmi pozitif yüke sahiptir.

Bunun sonucu olarak su molekülü polar özelliktedir. İki zıt ucu pozitif ve negatif elektrikle yüklüdür.

Su moleküllerinin hidrojen bağları
Polariteleri (kutuplu olmaları) sebebiyle su molekülleri rahatlıkla birbirlerini çekerler. Hidrojen atomu yani pozitif uç, başka bir molekülün negatif ucu yani oksijen atomu ile ilişki içindedir.
İşte bu ilişki hidrojen bağlarına (kısmi pozitif yüklü bir hidrojen atomuyla daha elektronegatif bir atom -örneğin oksijen- arasında kurulan zayıf etkileşimler) örnektir. Hidrojen bağında yer alan hidrojen atomları O, N veyqa F gibi elektronegatif atomlara bağlanmak zorundadırlar.
Su molekülleri aynı zamanda diğer polar moleküllere ve iyonlara da bağlanma isteğindedir. Suyla etkileşim halinde olan ve suda çözünen yüklü veya polar bir madde hidrofil olarak adlandırılır. Hidro "su", fil ise "seven" demektir. Böylece hidrofil maddeler "suyu seven" maddeler olarak düşünülebilir. Buna zıt olarak, sıvı ve katı yağlar gibi polar olmayan moleküller suyla etkileşim içerisinde değillerdir. Suda çözünmek yerine sudan kaçarlar. Böyle maddelere hidrofob denir. Buradaki fob "fobi" sözcüğünde olduğu gibi "korkan" anlamına gelir. Salatalarda kullandığınız, sıvı yağ ve sirkeden oluşan karışımların bu kullanışsız özelliklerini fark etmiş olabilirsiniz. Sirke aslında bir miktar asit içeren sudur.
Bir molekülün kısmi negatif yüklü ucu, komşu molekülün kısmi pozitif yüklü ucuyla etkileşerek hidrojen bağı oluşturur.
H-bağı, su moleküllerini birbirine bağlar,
• Her su molekülü en fazla 4 H-bağı oluşturabilir,
• Su moleküllerini birbirine bağlayan H bağları zayıftır, kovalent bağın yaklaşık 1/20’si kadar etkilidir,
• Yüksek hızlarla oluşur, kırılır ve tekrar oluşurlar.