Suyun Hacmi Donarken Nasıl Değişir?

Sizden Gelen Soru:

Suyun hacmi donarken nasıl değişir?

Cevap:

Suyun Hacmi Nasıl Değişir?

Su hayattır sözünün ne kadar doğru olduğunu Dünyamıza baktığımız vakit anlayabilmekteyiz.Neden diğer gezegenlerde hayat yok da sadece dünyada hayat var sorunusun cevabı da yine sudur.Bir gezegende veya dünyanın herhangi bir yerinde hayatın sürdürülebilmesi için ilk aranan şey sudur.Peki suyun bu kadar önemli kılan şey nedir?Suyun önemini teknik olarak fizik kuralları doğrultusunda açıklayalım.Aslında suyun fizik kurallarını alt üst ettiği geçeğini açıklamaya çalışalım;

Fizik kurallarına göre bir madde ısıtıldığında genişler, genleşir. Soğutulduğunda da büzüşür, yani hacmi azalır. Ancak su bu kurala uymaz, aksine sıfır derecenin altına soğutulduğunda donar ve buz olarak hacmi azalacağına artar. Saf su buza dönüşürken, hacminin yüzde 9’u oranında genişler. Buzda su molekülleri olağanüstü gevşek bir oluşum içinde yer alırlar. Buz, arada deliklerin kaldığı bir yapıya sahiptir.

Ayrıca bakınız: Su Donarken Hacmi Neden Artar?

Bilindiği gibi, bilimsel formülü ‘H2O’ olan su, iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşmuştur. Bu iki hidrojen atomu, oksijen atomu ile birleştiklerinde, kendi aralarında 105 derecelik bir açı meydana getirirler. Yapı olarak iki hidrojen atomunu birleştiren başka elementler de vardır ve onlar fizik kurallarına uyarlar. Örneğin aynı yapıdaki ‘H2S’ eksi 83 derecede donar ve eksi 60 derecede gaz haline geçer. Ancak su hidrojen atomlarının dipol bağlantıları nedeni ile sıfır derecede donar, artı 100 derecede gaz haline geçer, donarken de hacmi küçüleceğine büyür.

İşte bu fizik yasalarına aykırı özellik dünyamızdaki yaşamı sağlar. Eğer buz sudan daha yoğun, yani daha ağır olsaydı, suyun içinde dibe batardı. Soğuk bölgelerde denizlerde, göllerde ve nehirlerdeki dibe batan buzlar, güneş ışığı alamayacaklarından eriyemiyeceklerdi. Böylece yıllar süren birikimlerle her tarafı buzlar kaplayacak ve buzullar devri başlayabilecekti.

Ancak buz, yoğunluğunun azlığı nedeni ile suyun üzerinde kalır. Bu durumda buzlar altlarındaki suların donmalarına engel oldukları için dünyamızdaki ani ısı değişikliklerini de önlerler, gece ve gündüz arasındaki ısı farklarını azaltırlar ve yaz günlerindeki güneş ışığı ile kolayca erirler.

Eğer buz sudan daha ağır olmuş olsaydı, gezegenimizdeki tüm su rezervleri donmuş olurdu. Belki de başlangıçtaki buzul devrinde öyleydi de, tabiat ana kendi koyduğu kurallara aykırı olarak, hidrojen atomlarının arasındaki açıya biraz dokundu, buzun suyun üstünde kalmasını sağladı ve dünyamızı bizim için yaşanır hale getirdi.

Suyun Erirken ve Donarken Hacmi

Birçok madde katı halden sıvı hale geçerken hacmi artar. Suyun ise erirken hacmi azalır. 0^oC’deki 1 gram buzun hacmi 1,0101 cm³ iken, 0^oC’deki 1 gram suyun hacmi 1,0002 cm3 e düşüyor. Bunun sebebini anlamak için suyu ve buzu oluşturan oksijen ve hidrojen moleküllerinin buz ve su durumundaki yapılarına bakmak gerekir. Aşağıdaki resim buzun ve suyun moleküler yapısını göstermektedir.

Erime esnasında hacmi azalan su, +4oC’ye gelinceye kadar hacmi azalmaya, sonrasında tekrar artmaya başlar. Su +4oC’de maksimum yoğunluğa sahip olur.

Suyun donarken hacminin artması dolayısıyla yoğunluğunun azalması dünyadaki hayatın devamı için gerekli milyonlarca şartlardan sadece bir tanesidir. +4oC’deki su en dibe inip burada yaşayan canlıların donmaktan kurtulmasını sağlar. Su donduğunda hacmi azalsaydı, göller, akarsular ve hatta denizler alttan donmaya başlayacaktı. Kış yeterince soğuk geçse bütün denizin donma ihtimali doğacaktı.

Suyun donarken hacminin artması birçok kişiyi, buz soğudukça hacmi daha da artar düşüncesine sürükleyebilir. Ama durum öyle değil. Buz soğudukça hacmi azalmaya ve yoğunluğu artmaya başlar.