SUYUN KİMYASI - 2

Suyun Çözünürlük Etkisi

Suyun çözünürlük etkilerini inceleyecek olursak, su molekülünün polaritesi, sulu çözeltilerin oluşumu sırasında iyonik bileşiklerin çözünmesinde önemli bir rol oynar. Dünya okyanusları, büyük bir doğal kaynak sağlayan çok miktarda çözünmüş tuz içerir. Ayrıca canlıları canlı tutmak için her an gerçekleşen yüzlerce kimyasal tepkimenin tamamı sulu sıvılarda gerçekleşir. Maddelerin suda çözünürlüğü son derece karmaşık bir süreç olmasına rağmen, polar su molekülleri ile çözünen (yani çözünen madde) arasındaki etkileşim önemli bir rol oynar. İyonik bir katı suda çözündüğünde, su moleküllerinin pozitif uçları anyonlara, negatif uçları ise katyonlara çekilir. Bu işleme hidrasyon denir. İyonlarının hidrasyonu, bir tuzun suda parçalanmasına (çözünmesine) neden olma eğilimindedir. Çözünme sürecinde, katının pozitif ve negatif iyonları arasında mevcut olan güçlü kuvvetlerin yerini, güçlü su-iyon etkileşimleri alır. İyonik maddeler suda çözündüklerinde ayrı ayrı katyonlara ve anyonlara ayrılırlar. Örneğin, sodyum klorür (NaCl) suda çözündüğünde, elde edilen çözelti ayrılmış Na+ ve Cl− iyonları içerir. Sodyum klorürün (NaCl) suda çözündüğünü temsil eden formül, elde edilen çözelti, ayrılmış pozitif Na ve Cl iyonları içerir. Genel olarak konuşursak, bir iyonun yük yoğunluğu (yükün yüzey alanına oranı) ne kadar büyükse, hidrasyon sayısı o kadar büyük olacaktır. Kural olarak, su moleküllerinin hidrojen atomları anyona doğru yönlendirildiğinde meydana gelen daha büyük kalabalık nedeniyle, negatif iyonlar pozitif iyonlardan daha küçük hidrasyon sayılarına sahiptir. Tabi buradan yalnızca iyonik olan maddeler suda çözünür gibi bir anlam çıkmamalıdır. Mesela etil alkol de suda büyük oranda çözünür. Bunun sebebinin altında iyoniklik değil, etanolde su ile etkili bir şekilde etkileşime girmesini sağlayan, sudaki yapıya benzer bir polar O―H bağı içermesi yatar.

Çözünürlük ile ilgili olan kısmı, her kimyacının bildiği “benzer benzeri çözer” ilkesiyle özetleyebiliriz.

Suyun polar bir çözücü (çözünme ortamı) gibi davranma özelliği, su yüksek sıcaklıklara ve basınçlara maruz kaldığında değişir. Su ısındıkça, moleküllerin polar olmayan moleküllerle etkileşime girme olasılığı çok daha yüksek görünüyor. Örneğin, 300 °C'de (572 °F) ve yüksek basınçta su, yaygın bir organik çözücü olan asetona (CH3COCH3) çok benzer çözme özelliklerine sahiptir. Su, kritik sıcaklık ve basıncının (374 °C [705,2 °F], 218 atmosfer) ötesinde özellikle alışılmadık davranışlar sergiler. Kritik sıcaklığının üzerinde, suyun sıvı ve gaz halleri arasındaki fark ortadan kalkar- sıcaklığı ve basıncı değiştirilerek yoğunluğu sıvı benzeriden gazsıya değiştirilebilen kritik üstü bir sıvı haline gelir. Süperkritik suyun yoğunluğu yeterince yüksekse, "normal" su için geçerli olduğu gibi, iyonik çözünen maddeler kolayca çözünür; ancak, şaşırtıcı bir şekilde, bu süperkritik sıvı aynı zamanda polar olmayan maddeleri de kolayca çözebilir- ki bu sıradan suyun yapamadığı bir şeydir.

Suyun en önemli kimyasal özelliklerinden biri, amfoterik maddelerin karakteristik özelliği olan hem asit (proton verici) hem de baz (proton alıcı) gibi davranabilmesidir. Bu davranış en açık şekilde suyun otoiyonlaşmasında görülür.

25 °C'de (77 °F) sudaki hidratlanmış H+ konsantrasyonu yani, hidronyum iyonu

1,0 × 10−7 M'dir, burada M, litre başına molü temsil eder. Her hidronyum iyonu için bir hidroksit iyonu üretildiğinden, 25 °C'deki hidroksit konsantrasyonu da

1,0 × 10−7 M'dir.

25 °C'deki suda H3O+(Hidronyum) konsantrasyonu ve OH− (hidroksit) konsantrasyonu her zaman aşağıdaki eşitlikte olmalıdır.

[H+][OH−] = 1.0 × 10−14

Burada [H+], litre başına mol cinsinden hidratlanmış H+ iyonlarının konsantrasyonunu temsil eder ve [OH-], litre başına mol cinsinden OH- iyonlarının konsantrasyonunu temsil eder.

Bir asit (H+ iyonları üretebilen bir madde) suda çözüldüğünde hem asit hem de su çözeltiye H+ iyonları katar. Bu, H+ konsantrasyonunun 1,0 × 10−7 M'den büyük olduğu bir duruma yol açar. 25 °C'de yukarıdaki bahsettiğimiz eşitliğin sağlanması gerektiğinden;

[OH−] = 1.0 × 10−7

Altına düşürülmelidir.

Bu nedenle, suya bir asit eklendiğinde, elde edilen çözelti OH-'den daha fazla H+ içerir; yani [H+] > [OH-] olur. Böyle bir çözeltinin asidik olduğu söylenir.

Bir çözeltinin asitliğini belirlemenin en yaygın yöntemi, hidrojen iyonu konsantrasyonu cinsinden tanımlanan pH değeridir:

pH = -log [H+]

[H+] = 1,0 × 10−7 M olan saf suda, pH = 7,0’dir.

Asidik bir çözelti için pH 7'den küçüktür.

Bir baz (proton alıcısı gibi davranan bir madde) suda çözüldüğünde, H+ konsantrasyonu [OH−] > [H+] olacak şekilde azalır.

Bazik bir çözelti, pH > 7'ye sahip olmakla karakterize edilir.

25 °C'de sulu çözeltilerde:

Nötr çözelti

[H+] = [OH−]

pH = 7

Asidik çözelti

[H+] > [OH−]

pH < 7

Bazik çözelti

[OH−] > [H+]

pH > 7

Şeklinde özetlenir.

Her ne kadar kimyager olmayanlar tarafından konu karmaşık bir hal alsa da işin içine tam anlamıyla girmeye çabalayan yeni nesil kahveciler ve kahve severler konuyu bir yerlerde yakalayacaktır. Kahve için suyun kimyasından yeterince bahsettiğimizi düşünmekle beraber suyun kalitesi ve uygunluğu için hayati önem taşıyan parametrelerden pH kısmının da kimyasal eşitliklerini aktararak girmiş bulunmaktayız. Bu eşitlikler karmaşık olarak görünse de konunun temelini aktarabilmek için önem arz ediyor. Burada ph konusunun kimyasal olarak ne tanımı olduğunu inceledik fakat kahve demleme suyunda istenilen kaliteyi yakalayabilmek amacıyla kullanılan tüm parametreler, kahvede su kalitesinin üçüncü seviye başlığının konusu olacak 😊

Duygu Kurtuluş

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