SUYUN KİMYASI - 1

Bildiğimiz üzere yeni nesil kahveciler -bizler-, kahve çekirdeğinin oluştuğu habitattan, tüm proseslerine; kavurma parametrelerinde kavrulmuş kahvenin öğütüldüğü makinelere, basınçtan sıcaklığa, espresso için makinesinden ortamdaki neme ve barista kalitesine kadar her bir aşamayı tıpkı bir ipek böceği gibi ilmek ilmek işlemekteyiz. Bu süreçlerde her zaman daha iyiye ulaşma arzusu sektördeki birçok firmanın hedefi. Hal böyleyken bir bardak kahvenin %98’ini oluşturan “SU” daha detaylı araştırmayı hak ediyor. Çünkü çekirdek/makine/barista ne kadar iyi olursa olsun eğer kullandığınız su iyi değilse tüm çabalar boşa gidecektir. Sektörde su iyileştirmeleri ve geliştirmeleri yapmak amacıyla neler yapıldığına, mikro ve makro düzeyde en iyi suya nasıl ulaşılacağına dair yazıyı ilerleyen bölümlerde göreceksiniz. Kendinize ait iyi bir kahve markası kurma yolundaki girişimci olabilirsiniz, ya da yalnızca kahve tutkunu home barista ya da sıradan bir su meraklısı.

Bu blog serisinde suya dair tüm derinlikli bilgileri edineceğinizin garantisini veriyoruz.

Fakat öncelikle bizim Lab’ımızda her şeyin önce kimyası konuşulur 😊

Buyrun suyun kimyasına.

Polar bir molekül olarak su, kendisi gibi diğer polar moleküllerle en iyi etkileşime girer. Bunun nedeni, zıt yüklerin birbirini çekmesi olgusudur: çünkü her bir su molekülü hem negatif hem de pozitif bir kısma sahiptir, her iki taraf da zıt yüklü molekülleri çeker. Bu çekim, suyun, diğer su molekülleri de dahil olmak üzere etrafındaki diğer polar moleküllerle, bağ adı verilen nispeten güçlü bağlantılar oluşturmasına izin verir. Bu durumda, bir su molekülünün pozitif hidrojeni, kendi hidrojenleri bir sonraki oksijene çekilen komşu molekülün negatif oksijeni ile bağlanacaktır ve bu böyle devam edecektir. Daha da önemlisi, bu bağ, su moleküllerinin kohezyon adı verilen bir özellikte birbirine yapışmasını sağlar. Su moleküllerinin kohezyonu, bitkilerin suyu köklerinden almasına yardımcı olur.

Ayrıca, biyolojik moleküllerin çoğu bir miktar elektriksel asimetriye sahip olduğundan, onlar da kutupsaldır ve su molekülleri hem pozitif hem de negatif bölgeleriyle bağ oluşturabilir ve onları çevreleyebilir. Başka bir maddenin polar moleküllerini çevreleme eyleminde su, moleküller arasındaki tüm köşe ve yarıklara doğru kıvrılır, onu etkili bir şekilde parçalara ayırır ve çözer.

Polariteye benzer şekilde, bazı moleküller iyonlardan veya zıt yüklü parçacıklardan oluşur. Su, hem pozitif hem de negatif yüklü parçacıklarla etkileşerek bu iyonik molekülleri de parçalar. Suya tuz koyduğunuzda olan budur, çünkü tuz sodyum (pozitif yük) ve klorür (negatif yük) iyonlarından oluşur.

Suyun çeşitli molekülleri çözme konusundaki kapsamlı yeteneği, ona "evrensel çözücü" adını kazandırmıştır ve suyu bu kadar paha biçilmez bir yaşam sürdüren güç yapan da bu yeteneğidir. Küçük miktarlarda su renksiz görünür, ancak su aslında kırmızı dalga boylarında ışığın hafifçe soğurulmasından kaynaklanan içsel bir mavi renge sahiptir.

Suyun yaşamı desteklemedeki rollerinin çoğu, moleküler yapısından ve birkaç özel özelliğinden kaynaklanmaktadır. Su, iki küçük, pozitif yüklü hidrojen atomundan ve bir büyük negatif yüklü oksijen atomundan oluşan basit bir moleküldür. Hidrojenler oksijene bağlandığında, bir tarafında pozitif, diğer tarafında negatif yüklü asimetrik bir molekül oluşturur. Bu yük farklılığına polarite denir ve suyun diğer moleküllerle nasıl etkileştiğini belirler.

Herkesin en basit yolla ezberlediği üzere, su molekülleri iki hidrojen ve bir oksijenden oluşur. Bu atomlar, moleküler yapıdaki asimetriyi yaratan ve su ile suyun kendisi de dahil olmak üzere diğer polar moleküller arasında güçlü bağlara yol açan farklı boyut ve yüklere sahiptir.

Su moleküllerinin yapısı basit olmasına rağmen (H2O), bileşiğin fiziksel ve kimyasal özellikleri olağanüstü derecede karmaşıktır ve bunlar Dünya'da bulunan çoğu maddeye özgü değildir. Örneğin, bir bardak buzlu su içinde yüzen buz küplerinin görülmesi olağan bir durum olsa da bu tür davranışlar kimyasal varlıklar için sıra dışıdır. Hemen hemen her bileşik için, katı hal sıvı halden daha yoğundur; böylece katı sıvının dibine batar. Fakat su için bu geçerli değildir. Buzun su üzerinde yüzmesi, doğal dünyada son derece önemlidir, çünkü dünyanın soğuk bölgelerindeki gölet ve göllerde oluşan buz, aşağıdaki su yaşamını koruyan yalıtkan bir bariyer görevi görür. Buz, sıvı sudan daha yoğun olsaydı, bir gölette oluşan buz batar ve böylece daha fazla suyu soğuk sıcaklığa maruz bırakırdı. Böylece gölet sonunda donarak mevcut tüm yaşam formlarını öldürürdü.

Su molekülündeki iki hidrojen tek bir kimyasal bağ ile oksijen atomuna bağlanır. Hidrojen atomlarının çoğu, yalnızca bir protondan oluşan bir çekirdeğe sahiptir. Atom çekirdeğinin sırasıyla bir ve iki nötron içerdiği döteryum ve trityum olmak üzere iki izotopik form, suda küçük bir dereceye kadar bulunur.

Formülü (H2O) basit gibi görünse de, su çok karmaşık kimyasal ve fiziksel özellikler sergiler. Örneğin, erime noktası, 0 °C (32 °F) ve kaynama noktası, 100 °C (212 °F), hidrojen sülfit ve amonyak gibi benzer bileşiklerle karşılaştırıldığında beklenenden çok daha yüksektir. Katı halde, buzda, su sıvı halde olduğundan daha az yoğundur, bu da alışılmadık bir başka özelliktir. Bu anormalliklerin kökü, su molekülünün elektronik yapısında yatmaktadır. Su molekülü lineer değil, özel bir şekilde bükülmüştür. İki hidrojen atomu oksijen atomuna 104.5° açıyla bağlıdır. oksijen atomuna 104.5 derecelik bir açıyla bağlı iki hidrojen atomunu gösteren su molekülünün yapısı. O―H mesafesi (bağ uzunluğu) 95,7 pikometredir (9,57 × 10−11 metre veya 3,77 × 10−9 inç). Bir oksijen atomu, bir hidrojen atomundan daha büyük bir elektronegatifliğe sahip olduğundan, su molekülündeki O―H bağları polardır, oksijen kısmi negatif yük (δ-) ve hidrojenler kısmi pozitif yüke (δ+) sahiptir. Su moleküllerindeki hidrojen atomları, yüksek elektron yoğunluğuna sahip bölgelere çekilir ve bu bölgelerle hidrojen bağları adı verilen zayıf bağlar oluşturabilir. Bu, bir su molekülündeki hidrojen atomlarının, bitişik bir su molekülündeki oksijen atomunun bağlanmayan elektron çiftlerine çekildiği anlamına gelir. Sıvı suyun yapısının, sürekli olarak oluşan ve yeniden oluşan su moleküllerinin kümelerinden oluştuğuna inanılmaktadır. Bu kısa menzilli düzen, yüksek viskozite ve yüzey gerilimi gibi suyun diğer alışılmadık özelliklerini açıklar. Bir oksijen atomunun dış (değerlik) kabuğunda toplam sekiz elektron tutabilen altı elektron vardır. Bir oksijen atomu tek bir kimyasal bağ oluşturduğunda, kendi elektronlarından birini başka bir atomun çekirdeğiyle paylaşır ve karşılığında o atomdan bir elektron payı alır. İki hidrojen atomuna bağlandığında, oksijen atomunun dış elektron kabuğu doldurulur. Ve su molekülü 2 çift paylaşılmamış elektron ihtiva eder. Ve bu muazzam elektronik yapı hidrojen bağına yol açar. Hidrojen bağlarının sonucu olarak su molekülleri birbirlerine tutunurlar. Sıvı haldeki suda hidrojen bağları çok kırılgandır. Her hidrojen bağının ömrü saniyenin trilyonda biri kadardır, komşu su molekülleri arasında sürekli olarak yeni bağlar kurulur, bu sayede habitata hayat verilir.

Duygu Kurtuluş

Co-Founder / Chemist / Nanotechnology Engineer / Hazardous Chemical Consultant / Chemical Evaluation Specialist