by Suyun Hidrojen Bağları:
Su moleküllerinin birbirleriyle yaptığı bağlar Hidrojen bağlarıdır. Bu bağlar su moleküllerinde bir su molekülünün oksijeni ile diğer su molekülünün hidrojeni arasında kurulan köprülerdir. Aşağıdaki şekilde su molekülleri arasında kurulan Hidrojen bağı, hidrojen’in diğer atomlarla kurabildiği diğer hidrojen bağları, yaklaşık bağ uzunlukları ve molekülde bulunan kovalent bağın yaklaşık uzunluğu şematik olarak gösterilmiştir ( Şekil 8 ). Hidrojen bağları, su molekülleri arasında olabildiği gibi, alkolle – su molekülleri arasında, veya alkollerin kendi aralarında da olabilir. Aynı şekilde yine peptidlerin de kendi aralarında da meydana gelir. Unutulmamalıdır ki : Proteinlerin ve nükleik aistlerin 3 boyutlu yapılarını hidrojen bağları belirler.
Şekil 8 : Hidrojen ve kovalent bağ uzunlukları.
Hidrojen bağı nisbeten zayıf bir bağdır. Hidrojen Bağları, Kovalent bağın 1/15’i veya 1 / 20’si gücündedir . Başka bir deyişle su molekülündeki oksijen ile hidrojen arasında kurulan kovalent bağ, hidrojen bağın 20 katı gücündeyken; iki karbon molekülü arasındaki kovalent bağın gücü, su molekülündeki hidrojen bağlarının gücünden 15 kat daha fazladır. En zayıf bağ tipi ise Van Der Waals bağlarıdır. Van Der Waals bağları aslında atomların çapları büyüklüğünce çekim bağlarıdır.
Bu durumda Enerji Büyüklüğüne Göre Bağları gösterirsek :
Kovalent Bağ > Hidrojen Bağı > Van Der Waals bağları
Kovalent bağlar ve Van der Waals bağları nm biriminden birbirleri arasında en uzundan en kısaya doğru : I,P,S,C,N,O,H şeklinde sıralanırlar. Unutulmaması gereken bağlarda uzunluk ne kadar kısa ise enerji o kadar fazladır yani bağ o kadar güçlüdür.
Şekil 9 : Bağların gücü ( enerjisi ) ile uzunlukları arasındaki ilişki.
En güçlü Hidrojen bağı, 3 atomun tek doğrusal bir çizgi üzerinde dizilmesi ile oluşur. Hidrojen Bağı açı yaparsa en zayıf hidrojen bağıdır ( şekil 8 ). Hidrojen bağını parçalamak için yaklaşık 4.5 kcal / mol enerji ( çok küçük bir enerji, çabuk kopar ) gerekmektedir. Hidrojen bağının ortalama yaşam süresi 1 ile 20 picosaniye civarındadır. Bir hidrojen bağı koparsa, yerine yenisi 0.1 pikosaniye’de oluşur. Yüce Allah (C.C.) bu onarımı böyle bir kurala bağlayarak, yaşamı nasıl da garanti altına almıştır? Düşününüz.
Su, en fazla hidrojen bağını buz halindeyken yapar. Bu durumda maksimum sayısı olan 4 hidrojen bağı yapar. Yani su’yun, buz ( Katı ) halde kalabilmek için her bir su molekülünün kendisi gibi 4 su molekülüyle birleşmesi gerekirken, sıvı halde olabilmek için bu sayı 3.5 ‘ dir. Bu bilgiye göre su, normal şartlar altında buz’dan ziyade sıvı fazda olmaya eğilimlidir çünkü buz haline geçmek pahalı işdir, daha fazla hidrojen bağı gerektirir. Aşağıdaki şekilde suyun geçiş formları ve gereken geçiş enerjileri gösterilmiştir ( Şekil 10 ). Terleme de hidrojen bağları nedeni ile vücudu soğutur.
Şekil 10 : Suyun geçiş formlarında Hidrojen bağ sayısı değişikliği
Sudaki Hidrojen Bağları, ısı enerjisini çok iyi hapsederler. Bu nedenle Deniz kenarlarında Su , hidrojen bağları nedeniyle enerjiyi yani ısıyı bırakmadığından, gece ile gündüz arası ısı farkı çok az iken ( Çünkü su geç soğur ), Karasal bölgelerde su olamadığından ısı farkı artmıştır.Ormanlık alanlar, koru’lar ve bitki örtüsü ise çok büyük oranda suyu bünyelerinde tuttuklarından, su gibi davranarak iklimi ılıman yapmaktadır.
Suyun kaynama noktası 100 santigrad derece, erime noktası ise 0 santigrad derecedir. Suyun Buharlaşması için gramı başına gereken enerji 2000 J’ün üzerindedir. Suyu başka maddelerle mukayese edersek : Buharlaşma için gereken enerji Methanol için yaklaşık 1000 J, Ethanol için yaklaşık 800 J, Benzen için yaklaşık 400 J, Kloroform için yaklaşık 250 J’dür.
Butanol, Su’yun kaynama sıcaklığından yüksek ısıda ( 117 santigrad derece ) kaynarken, Benzen ve Etanol’ün kaynama sıcaklığı yaklaşık 80 santigrad derece, Methanol ve Kloroform’un kaynama sıcaklığı ise yaklaşık 60 santigrad derece’dir.
Sıfır derece erime noktası olan su’ya karşın, Benzen 6 santigrad derecede, Kloroform yaklaşık – 60 santigrad derecede, Methanol yaklaşık – 100 santigrad derecede, Ethanol – 117 santigrad derecede erirler ( melting ).
Bağlarla ilgili kısa Bilgi : Kuvvetli olan kovalent bağlar dışında başlıca 4 adet nonkovalent bağ vardır. Bunlar Hidrojen bağları, iyonik etkileşimler, Hidrofobik etkileşimler ve van der waals bağlarıdır.
Şekil 11 : Nonkovalent bağ çeşitleri ( Hidrojen bağları hariç )
Suyu Parçalamak Zordur :
İki hidrojen ve bir oksijen molekülünden oluşan suyun dissosiyasyonu, yine aynı iyonları oluşturmasıyla meydana gelir. Fakat bunun için çok büyük bir enerji gereklidir. Yani molekül içindeki Hidrojen ile oksijeni birbirinden ayırmak için 110 kcal / mol enerji gerekmektedir.
Su molekülü pek ayrışmaya meyilli değildir. Yani, aşağıdaki reaksiyon solda kalma eğilimindedir. Sağ tarafa gitme eğilimi % 1 ‘ dir.Yani suyu iyonlaştırmak zordur.
H2O ß———–à H+ + OH–
% 99 % 1
3.46×1022 molekül Ayrışma ihtimali : 1.8×10-9
1.8 Milyar 1 1
Su molekülü % 99 oranında ayrışmadan kalır, bu durumda 1 gram su molekülü içerisinde 3.46×10 22 molekül vardır. Bunun çok azı ( % 1 ‘i ) ayrıştığından, hidrojen iyonu halinde bulunma ihtimali 1.8×10 -9 dur.
Suyun ayrışmasını, parçalanmasını ( dissosiasyon ) denkleme edersek :
[ H2O] = [ H ] + [ OH ]
K = [H] [OH] / [H2O] = Dissosiasyon Sabiti
1 mol su 18 gramdır. 1 litre su 1000 gramdır. 1 litre suda 1000 / 18 = 55.56 mol su vardır. Yani saf su 55.56 molardır ( Çünkü Molarite 1 litrede çözülen madde miktarıdır.).
Dipol özellikli su molekülünde elektropozitif ve elektronegatif olmak üzere 2 farklı bölge vardır. Elektropozitif bölge Hidrojen atomlarının arasında kalan açıklıkdır. Elektronegatif bölge ise oksijen atomunun arkasında kalan kısımdır.
Aşağıdaki şekilde Su Moleküllerinin diğer moleküllerle Etkileşimi ve bağlanması gösterilmiştir ( Şekil 12 ).
Şekil 12 : Suyun Elektronegatif ve elektropozitif bölgeleri ile etkileşen diğer moleküller.
Dikkat edilirse Şekil 12’de de gösterildiği gibi su, sodyumu klordan daha kuvvetle bağlar.
Suyun Vücuttaki Dağılımı :
Su, vücut dokularından diş minesinde neredeyse yok denecek kadar azdır. Yağ dokusu ve iskelet de suyun az olduğu kompartımanlardandır. Kornea’da, Beyinde, Böbreklerde, kan, akciğer, kas dokusunda ve deride bol su bulunur,
Vücuttaki su kitlesini tayin için ağır su ( D2O, Döteryum ), Üre, tiyoüre, Antipirin kullanılabilir. Plazma sıvısının tayini için kapillerlerden ve eritrosit zarlarından geçemeyen Evans Mavisi , Şikago mavisi kullanılabilir.
Hücrelerin membranlarını oluşturan membran lipidleri ( Amfipatik Yapı ), Su ile karşılaşınca Polar – Polar ve Apolar –Apolar etkileşimi olur. Aşağıdaki şekilde Amfipatik Yapı ve Su etkileşimi gösterilmiştir. Dikkat edilirse membran lipidlerinin Hidrofobik kısımları ( kırmızı hidrokarbon kuyruklar ) karşı karşıya veya yan yana gelmiştir, Hidrofilik kısım sarı kafa ise suya yaklaşmıştır ( Şekil 13 ).
Şekil 13 : Su-membran lipidleri etkileşimi.
Amfipatik yapılar’dan en çok ilaç sanayinde ve kozmetik sanayinde yararlanılır. Bunlara en iyi örnek LİPOZOM oluşturulmasıdır. Bu durum da aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Görüldüğü gibi Amfipatik Yapı ve Su etkileşimine örnek : Lipozom ‘dur ( Şekil 14 ).
Şekil 14 : Lipozom oluşumu.
Su İhtiyacı ve Suyun Kontrolü :
Günlük su ihtiyacı : 65 kg ağırlığında bir insanda yaklaşık 2500 ml iken, 100 kg ağırlığında bir insanda ise en az 3 litre kadardır. Çocuklarda bu oranlar kilogram ağırlığa göre daha fazladır.
Vücutta kaybedilen su miktarlarını yaklaşık olarak aşağıdaki gibi verebiliriz :
Akciğerler ve Deri yoluyla günlük su kaybı neredeyse 1 litredir.
Vücut Ateşi arttıkça günlük su kaybı da artar. Ateşli hastalıklarda günlük su kaybı birbuçuk litreyi bulur. Ateşli hastalıklar, terleme ve polipne ile birlikte olursa günlük su kaybı 2 litreyi bulabilmektedir. Bir hastanın tedavisini üstlenen hekim, hastanın kliniğine göre su kayıplarını da dikkate almalıdır. Fakat öyle bir denge kurulmalıdır ki hastanın sağlıklı halindeki vücud homeostasisi gibi olmalı, iyatrojenik olarak su zehirlenmesine veya su defisitine neden olunmamalıdır.
Sıcak Havalarda hücrelerden terlemeyle su ile birlikte tuz da kaybedilir. Bunun yerine ise doku arasından saf su dolar. Yani Tuzsuz su dolar. Bu durumda hücrede Osmotik Basınç da düşer. Yani Hücre Şişer.
Su, susamadan içilmelidir ama, Suyun fazla alınmasıyla oluşabilecek olan ve çok tehlikeli olan su zehirlenmesinde her zaman hiponatremi görülmektedir. İyatrojenik olarak oluşabilen su zehirlenmesinin belli başlı nedenleri arasında : Zorunlu ve Aşırı Su içimi, Aşırı parenteral mayii verilmesi ve ürolojik girişimlerde Mesane İrrigasyonu ile su absorbsiyonu öne çıkmaktadır.
Su zehirlenmesinde dolayısıyla hiponatremi’de görülen semptom ve bulgular :
Baş ağrısı,konvülziyonlar, davranış bozuklukları, konfüzyon, koma,
ekstrasellüler hacim azalması, hematokrit yükselmesi,hipotansiyon, taşikardi,
idrar hacminin azalması, idrar konsantrasyonunun artması, üremi’dir.
Bu durumun tam zıddı olarak da : Tuzlu Deniz suyu boğulmalarından kurtulan kişilerde, deniz suyunun aşırı ve istemsiz olarak yutulması nedeniyle, Sindirim sisteminde Tuz oranı artar ( osmotik basınç artar ) bunu kompanse etmek için hücrelerdeki su, daha yoğun ortama doğru akar yani dışarı doğru, doku arasına doğru akar, bu durumda hücreler saf su kaybına uğradıkları için büzüşür ve küçülürler.
Su Azalmasında bulgular ( Kan kayıplarında ) :
Su zehirlenmesinden farklı olarak hipernatremi görülür diğer semptomlar ve bulgular ise su zehirlenmesi ile aynıdır.
