Su kimyasi ders notlari

Suyun Yüksek Erime Isısı
Erime ısısı; bir gram katının erime noktasında, katı halden sıvı hale geçmesi için gerekli olan ısıdır.
Buzun 0 0C'deki erime ısısı, 79,8 cal/g gibi yüksek bir miktardır (etil alkolün 26 cal/g). Bir gram sıvı donduğu zaman erime ısısı kadar ısıyı çevreye verir.
Sonuçta sudaki hayat devam eder.
Suyun sıcaklığı 0 0C’ye düştüğünde her su molekülü 4 komşusuna H-bağları ile bağlanarak kristal örgüsü oluşur. Yani su donar. Buzda su molekülleri arasında önemli oranda boşluklar oluşmuştur. Su erimeye başladığında bazı H-bağları kopar, boşluklar yıkılmaya başlar ve yoğunluk artar. 4 0C’deki su buzdan yaklaşık % 10 daha yoğundur.
Buharlaşma ısısı, 1 g sıvının buharlaşması için gereken ısı enerjisi miktarıdır. Suyun buharlaşabilmesi için çok sayıda H- bağının ısı soğurarak (absorbe ederek) kırılması gerekir. Her su molekülü 4 komşusuna H-bağı ile bağlandığından suyun buharlaşma ısısı (540 cal/g) oldukça yüksektir (alkolün 210 cal/g). Bu yüzden su yavaş bir hızla buharlaşır.
Suyun Yüksek Buharlaşma Isısı ve Yüksek Kaynama Noktası
H-bağı suyun kaynama noktasını da yaklaşık –100 0C’den +100 0C’ye çıkarır (etil alkolün 78,5 0C). Böylece yeryüzünde sıvı su var olabilir ve bildiğimiz bitki, hayvan ve insan hayatı devam eder. Suyun buharlaşma hızı yüksek ve KN –100 0C olsaydı, tüm su buhar halinde bulunacak ve yeryüzünde bilinen hayat mümkün olamayacaktı.
Bu nedenlerle, biyokimyasal tepkimelerin çoğu, suda çözünmüş maddeler arasında gerçekleşir. Canlılık suda başlamıştır ve hayat suyla devam etmektedir.
Yer yüzünün % 75’i suyla kaplıdır. Su büyük bir ısı sağlayıcısı-soğurucusu olarak aşağıdaki olaylardan sorumludur:

• Hayat için uygun dış ortam sıcaklığının aşırı şekilde değişmesinin önlenmesi,
• Sahillerin iç bölgelere oranla daha ılıman iklime sahip olması,
• Denizel çevrenin nispeten kararlı sıcaklıkları.

HİDROJEN BAĞLARININ SUYA ETKİLERİ : 1) Suyun ısı kapasitesi (m kütleli suyun sıcaklığını 10C arttırmak için gerekli ısı) hidrojen bağı içermeyen bileşiklere göre daha yüksektir. Yani suyun sıcaklığını yükseltmek daha fazla ısı gerektirir. Böylece iklimsel değişmeler suyun sıcaklığını fazla etkilemez. 2) Suyun ısıyı iyi absorplama yeteneğinden dolayı iyi bir ısı transfer aracıdır. Bunun sonucu binalarda ısıtmada ve endüstride ısı değiştiricilerde kullanılır. 3) Diğer hidrojen ve 6A grubu elementlerin (S, Fe, Te) bileşiklerine göre yüksek buharlaşma ısısına sahiptir. 4) Suyun k.n. beklenenden yüksek olduğu gibi, e.n. da beklenenden yüksektir. Çünkü hidrojen bağlı buz yapısını ayırmak için daha fazla enerji gereklidir.
Görüldüğü gibi hidrojen bağları nedeniyle suyun kaynama noktası H2Te-H2Se-H2S doğrusundan sapmasaydı -40 oC civarında kaynayacak ve -100 oC civarında erime noktasına sahip olacaktı. Bu ise okyanusların ve insan vücudundaki suyun şu andaki şartlarda buhar fazda olması anlamına gelir ki yaşamın olmaması demektir. Bu durum, bazen istisnaların çok büyük yararlara neden olabileceğini göstermektedir.
5) Maddelerin çoğunda katı hal sıvı halden daha yoğun olmasına karşılık suda bunun tersi geçerlidir. Çünkü buzun kristal yapısı bal peteğine benzer yapıda olup içi boş altıgen prizmalar içerir. Bu nedenle 1 g buzun hacmi 1.09 mL dir. Buzun yapısı böyle olmasaydı 1.0 g suyun ağırlığı 0,5 mL olurdu. Suyun maksimum yoğunluğu 40 C de 1,0 g/mL dir. Su donduğunda hacmi % 10 artar. Yine diğer maddelere göre bu istisna olmasaydı, donan sudan oluşan buz sudan daha yoğun olacağından denizin dibine çökecekti ve yazın troposferin ısınması sonucu erimeyecekti. Bu da denizdeki canlıların olmaması anlamına gelmektedir. Görüldüğü gibi Hidrojen bağlarına çok şey borçluyuzǃ Acaba hidrojen bağlarının bu özelliklerinden haberi var mıdır? Her ne ise herkes bu bilgilerden kendine düşeni alır.
Suyun iyi bir çözücü olmasının önemli diğer bir sebebi dielektrik sabitinin yüksek olmasıdır. Boşlukta birbirinden d uzaklıkta bulunan q1 ve q2 zıt yüklü iki tanecik Coulomb kanununa göre birbirlerini aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak çekerler. Bu iki tanecik boşluk dışındaki başka bir ortamda bulunurlarsa çekim kuvveti ortama bağlı olarak azalır. Bu ortam faktörüne “dielektrik sabiti” denir ve D ile gösterilir. Hava için D 1.0 e yakındır.
F= q1q2/Dd2 diğer bazı bileşikler için dielektrik sabiti (D) şöyle değişir.
Bazı bileşiklerin dielektrik sabitleri aşağıdaki gibidir.
D D
Boşluk 1 CH3OH 32,63
Hava 1 C2H5OH 24,3
Susuz HCN 107,0 Aseton (dimetilketon) 20,7
Su 78,54 Etil asetat 6,02
Susuz H2SO4 101,0 Eter 4,23
Benzen 2,28 Dioksan 2,21