Sofrada bardağa konulan, el yüz yıkanan, tarla sulanan yaşamın kaynağı suyun diğer sıvılara benzemeyen garip davranışları olduğu üzerinde pek durulmasa da, aslında suyun başka hiç bir sıvıya benzemeyen özellikleri var. Ve suyun bu benzersiz özellikleri de, yeryüzünde yaşamı sağlayan moleküllerinin benzersiz garip düzeniyle ilgilidir.

Suyun en garip yönlerinden biri sıra dışı yoğunluğudur. Normal olarak, sıvılar soğutuldukça giderek yoğunlaşır, ancak su yaklaşık 4 santigrat derecede (39.2 Fahrenheit) maksimum yoğunluğa ulaşır. Bu nokta aşılıp, daha altına inildiğinde ise yoğunluğu azalır, donar ve 0 santigrat derecede (32 Fahrenheit) buz olur. Buz sudan daha az yoğun olduğundan, buz suyun üzerinde yüzer ve su kütleleri de yukarıdan aşağıya doğru donar.

Su, ayrıca oldukça yüksek bir yüzey gerilimine sahiptir ve (civanın dışında) tüm sıvıların en yüksek yüzey gerilimine sahiptir. Su örümceklerinin suyun üzerinde kaymasını sağlayan şey de budur. Gene, su alışılmadık derecede yüksek bir kaynama noktasına sahiptir ve içinde birçok kimyasal maddenin çözünebiliyor olması da, diğer sıvılarla karşılaştırıldığında, gerçekten tuhaftır. Bu tuhaf özelliklerin nedenlerini anlayabilmek için, bilim insanlarının moleküler seviyeye inmesi gerekti. Araştırmalar, oda sıcaklığındaki suyun ya da buz halindeki suyun moleküllerinin tetrahedral bir düzenlemeye sahip olduğunu gösterdi. Yani, her su molekülü adeta bir piramit biçiminde dört başka moleküle bağlanmaktaydı.

Bristol Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi araştırmacıları, su moleküllerinin bu piramit benzeri düzeninde değişiklikler yapmayı denemek için bir süper bilgisayar ve bilgisayar modellemesi kullandılar. Bu değişikliklerle suyun diğer sıvılara benzer şekilde davranmasını, örneğin buzu sudan daha yoğun hale getirerek dibe çökmesini sağladılar. Araştırma ekipleri, suyun yukarıda sözü geçen tüm özelliklerinin üzerinde çalıştı ve suyun normal dışı garip özelliklerinin özel moleküler yapısının doğrudan bir sonucu olduğunu belirlediler. Araştırmacılardan John Russo’nun açıklamalarına göre, bu araştırmaların sonuçları, suyun garip davranışlarını sağlayan, moleküllerinin tetrahedral düzeni olduğunu kanıtladı.

Bu dörtlü tetrahedral düzenleme, merkezdeki ortak bir molekülü, birbirleriyle üstüste binmeden paylaşacak şekilde organize olabilmektedir. Bir su molekülü, kovalent bağlanmış iki hidrojenin ve iki yalnız elektron çiftinin çevrelediği bir oksijen atomuna sahiptir ve H2O geometrisi, bağlanmamış çiftler düşünülmeden basitçe tanımlanır. Ancak, yalnız çiftler diğer komşu su molekülleri ile hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağları da uzunluk olarak değiştiğinden, bu su moleküllerinin çoğu simetrik değildir ve ilişkili dört hidrojen atomu arasında geçici düzensiz tetrahedral formlar oluştururlar. Ve suyun söz konusu özellikleri, moleküllerinin kendilerine özgü bu mükemmel düzenleriyle birlikte düzensizliği de içermelerinden kaynaklanıyor. Düzenin ve düzensizliğin birlikte yapılandırdığı su, farklı bir yapıda olsaydı, bildiğimiz yaşam mümkün olamazdı.

Eğer su bu özelliklere sahip olmasaydı, kan hücrelerini taşırken, kolayca sıkışıp, damarlardan akıp geçemezdi. Çok iyi bir çözen (solvent) olmasaydı, vücut için gereken besinleri çözemezdi. Buzun düşük yoğunluğu bile yaşamı korumaktadır. Eğer göller aşağıdan yukarıya doğru donuyor olsaydı, sularda yaşam olmazdı. Ve donan suyun düşük yoğunluğu aynı zamanda genişlemesinin de nedenidir. Su kayalara sızarak, donarak, genişleyerek ve kayaları parçalayarak gezegenimizi şekillendirip, yaşamı kolaylaştırmaktadır.

Kaynakça:
– John Russo, Kenji Akahane, Hajime Tanaka, “Water-like anomalies as a function of tetrahedrality”, PNAS, (2018).
– A. Nilsson, L.G.M. Pettersson, “The structural origin of anomalous properties of liquid water”, Nat. Commun. 6:8998, (2015).

Yazar: Oben Güney Saraçoğlu

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here