Suyun fiziksel ve kimyasal özellikleri
Tarihsel
Su, Kadimler tarafından 4 temel unsurdan biri olarak kabul edildi: dünya, değişken oranlarda bu 4 temel ilkenin bir karışımından oluşuyordu. 1774. yüzyıla kadar basit bir beden olarak kabul edildi. Daha sonra birçok kimyager suyun sentezini ve analizini yaparak basit bir vücut olmadığını keşfetti. Suyun basit bir beden olmadığı hipotezini ortaya koyan öncülleri, hidrojenin yanmasından su üreten Priestley'i (1783), Watts'ı (1783), oksijen ve hidrojen karışımından bir elektrik kıvılcımının etkisi altında sentez. Ancak belirleyici sentez deneyi, unutulmaz bir kamu deneyi sırasında hidrojen ve oksijenden su sentezleyen Lavoisier ve Laplace'ın (1800) yapıldı. Suyun ayrışması, 2 yılında Volta tarafından elektrik hücresinin keşfinden sonra gerçekleşti. Suyun elektrolizi, oksijen ve hidrojenin nihayet ulaşma oranını ölçmeyi mümkün kıldı. iyi bilinen kimyasal formül H1800O. İlk pratik (ve muhteşem) elektroliz 1803'de Paris tarafından Robertson; kimyasal formül Dalton (1811) ve Avogadro'nun (XNUMX) teorik çalışmaları ile açıklığa kavuşturuldu.
Suyun fiziksel özellikleri
Su, diğer sıvılara kıyasla oldukça spesifik fiziksel özelliklere sahiptir. Temel bileşenlerinin ilişkili olması nedeniyle “yapılandırılmış” bir sıvı olarak görünür ve diğer sıvılar gibi düzensiz değildir.
Suyun özellikleri sayısal ölçeklerin uluslararası standardizasyonu için bir referans görevi görür: sıcaklık, yoğunluk, kütle, viskozite, özgül ısı. Spesifik ısı son derece yüksektir (derece başına 18 kalori mol), suyun büyük termal ataletini ve yeryüzünün sıcaklığının düzenleyici rolünü açıklar. Okyanuslar, okyanus akıntılarıyla yeniden dağıttığı muazzam miktarda ısı depolar; suyun buharlaşması su ortamındaki enerjiyi emer ve sıcaklığı düşürür, bulutların içindeki damlacıklar içindeki buharın yoğunlaşması bu ısıyı atmosfere geri kazandırır. Dünyanın yüzeyindeki su kütleleri, iklimler için gerçek termal servislerdir.
Suyun yoğunluğu sıcaklığına göre değişir; sıcaklık düştüğünde artar, ancak maksimum yoğunluk 4 ° C'dir (0,997 g / cm3) ve beklendiği gibi 0 ° 'de değildir. Böylece, denizler ve göller, tabakalaşma olgusu ile en yoğun suyu biriktiren tabandan değil, yüzeyden donar. Katı haldeki su sıvı sudan daha hafiftir (buz yoğunluğu: 0,920 g / cm3).
Suyun viskozitesi, izotopik bileşimine bağlıdır: ağır su, sıradan suya göre% 30 daha viskozdur. Viskozite önce basınçla azalır, ardından artar.
Suyun izotermal sıkıştırılabilirlik katsayısı küçüktür (bar başına 4,9 10-5) ve ilk yaklaşım olarak suyu sıkıştırılamaz olarak değerlendirebiliriz. Bununla birlikte, büyük atmosferik çöküntüler fırtınalar sırasında yükselen deniz seviyesinde hareket eder. Yüzey gerilimi yüksektir: su iyi bir ıslatma maddesidir (72 dyne / cm); kılcallık olgusu ile kayaların yanı sıra toprakların tüm boşluklarına ve gözeneklerine girer ve nüfuz eder. Bu özellik, akiferlerde suyun depolanması, kayaların yüzey erozyonu için temeldir (donun etkisi altında patlama: su-buz geçidi 207 KPa'ya kadar bir basınç geliştirir). Güçlü yüzey gerilimi ayrıca su damlalarının küresel şeklini de açıklar.
Suyun fiziksel durumu sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Sıvı gaz geçişi geleneksel olarak 100 ° C'de normal basınçta, ancak 72 ° C'de sadece Everest'in (8 m) zirvesinde yapılır. Buzun erime sıcaklığı basınçla azalır: bir basıncın etkisi altında buz tekrar sıvı hale gelir: bu nedenle patenciler aslında paten basıncının etkisi altında oluşan ince bir sıvı su filmi üzerinde kayarlar. . Suyun üçlü noktası 848 mbar'ın altında 0,01 ° C'dir.
Su buzun erime noktasının altında sıvı kalabilir: bu aşırı soğutma fenomeni -40 ° C sıcaklığa kadar muhafaza edilebilir. Katı kristalleşmeyi başlatmak için mikropların yokluğu ile açıklanmaktadır. Doğada, mikrop ortak bir bakteri olan Pseudomonas syringae tarafından sağlanır. Bu bakterinin genetik manipülasyonu, meyve ağaçlarının donmasını geciktirmeyi veya yapay karı daha kolay yapmak için donmayı hızlandırmayı mümkün kılar.
Su nihayet dünyanın yüzeyinde bulunan iyonların çoğu için bir araç görevi gören mükemmel bir çözücüdür.
Suyun kimyasal özellikleri
Su, çok sayıda tuz, gaz, organik molekülü çözen mükemmel bir çözücüdür. Yaşamın kimyasal reaksiyonları sulu bir ortamda gerçekleşir; organizmalar su açısından çok zengindir (% 90'dan fazla). Uzun zamandır kimyasal reaksiyonlarda çok az bulunan veya olmayan nötr bir çözücü olarak düşünülmektedir. Sudaki seyreltme özellikle reaktiflerin aktivitesini yavaşlatmayı mümkün kıldı. Aslında, su, içerdiği kabın duvarlarına saldırma riski taşıyan çok agresif bir kimyasal maddedir: bir cam şişede silikon iyonları sudan geçer. Saf su düzenleyici bir bakış açısından var olabilir, yani bakteriyel ve kimyasal kirleticiler içermeyen su olabilir, ancak pratik olarak kimyasal bir bakış açısından mevcut değildir: damıtılmış su bile iyon izleri içerir veya ve kaplardan alınan organik moleküller.
Kimyasal reaksiyonlarda, su ilk olarak H + protonlara ayrışmasıyla müdahale eder, çoğunlukla H2 ile hidratlanmış protonlar oluşturmak için HO protonlara ve hidroksil iyonları OH- içine ayrılır. Çözeltinin pH'ını belirleyen bu 3 tip iyon arasındaki orandır (pH: Hlar molar konsantrasyonunun tersinin logaritması). Birçok metal suyu parçalayarak hidrojen ve metal hidroksit üretebilir.
İyonların (tuzlar, asitler, bazlar) çözünmesi, suyun kutupsal doğasının bir sonucudur. Bir tuzdaki iyonların konsantrasyonu çözünürlük ürününü karakterize eder. Tuzlar, farklı bir tuzluluk çözeltisinin buharlaştırılması sırasında fraksiyonel kristalleşme olgusunu açıklayan farklı çözünürlük ürün değerlerine sahiptir.Taş bataklıklarında deniz suyu önce kalsiyum karbonat biriktirir, kalsiyum sülfat, daha sonra sodyum klorür ve son olarak potasyum, iyodürler ve bromürler gibi çok çözünür tuzlar.
Dünya'nın yüzeyindeki önemli bir özellik, birçok kayanın, özellikle de kireçtaşı kayalarının kimyasal değişiminden sorumlu olan zayıf bir asit, karbonik asit üreten CO2'nin çözünmesidir. Çözünmüş CO2 miktarı, basıncın bir fonksiyonu ve sıcaklığın ters bir fonksiyonudur. Kalsiyum karbonat, asidik karbonat formunda çözündürülebilir ve daha sonra karstik ağlarda olduğu gibi sıcaklık ve basınç değişimlerine göre yeniden çökeltilebilir.