Üç atom, bir eğri açı
Su molekülü, iki pozitif yüklü hidrojen ve bir negatif yüklü oksijen atomundan oluşur. Hidrojen atomları, oksijen atomuna bağlandığında asimetrik bir molekül oluşur. Bu üniteyle birlikte ölçek değişiyor: şimdiye kadar canlıları gruplar hâlinde incelediniz, bundan sonra moleküllerine bakacaksınız. Suyun bütün olağanüstü özellikleri, bu tek cümledeki asimetrik kelimesinden doğar.
Dünya yüzeyinin yaklaşık %75’i sularla kaplıdır ve bu suyun yaklaşık %97’si okyanus ve denizlerde bulunan tuzlu sulardır. Geriye kalan %3’lük kısmını ise tatlı su kaynakları oluşturur. Dünyada yer altı su kaynakları ve canlılar için kullanılabilir tatlı su kaynakları oldukça sınırlıdır.
Bu üç sayı sırayla okunmalı ve karıştırılmamalı: %75 dünya yüzeyinin su ile kaplı oranıdır; %97 ve %3 ise o suyun tuzlu-tatlı dağılımıdır. Yani “dünyanın %3’ü tatlı sudur” demek yanlıştır; doğrusu “dünyadaki suyun %3’ü tatlı sudur”. Üstelik son cümleye göre bu %3’ün de tamamı kullanılabilir değildir.
Çubuklar aynı ölçekte çizildi. Tatlı suyun çubuğu tuzlu suyun yanında neredeyse görünmüyor — “oldukça sınırlıdır” ifadesinin görsel karşılığı budur. Bir sınav sorusunda “dünyadaki suyun çoğu tatlı sudur” diyen seçenek her zaman yanlıştır.
Su, canlılar için hayati öneme sahip bir maddedir. Suyun yapısal özelliği de bu durumu destekler niteliktedir.
Bu iki cümle ünitenin planını da veriyor: önce yapı, sonra özellik, sonra işlev. Suyun canlıdaki bütün görevleri — çözücülük, taşıma, sıcaklık dengesi — moleküldeki eğri açıdan doğar. Bu yüzden bir sonraki bölüm molekülün şekliyle başlıyor.
Su molekülü, iki pozitif yüklü hidrojen ve bir negatif yüklü oksijen atomundan oluşur. Hidrojen atomları, oksijen atomuna bağlandığında asimetrik bir molekül oluşur. Bu asimetrik yapı (polarite) suyun diğer moleküllerle nasıl etkileşime girdiğini belirler ve suyun kendine özgü özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlar. Bu yapı sayesinde suyun adezyon, kohezyon, yüksek ısı kapasitesi, polar molekülleri çözebilme yeteneği gibi özellikleri ortaya çıkar.
“Asimetrik” burada düz bir çizgi değil, eğri bir açı demektir. İki hidrojen, oksijenin iki ayrı yanına yaklaşık 104,5 derecelik bir açıyla bağlanır. Molekül düz olsaydı yükler birbirini dengeler ve su polar olmazdı; eğri olduğu için bir ucu artı, bir ucu eksi gibi davranır. Bunun sebebi oksijenin, ortak kullanılan elektronları hidrojenden daha güçlü çekmesidir.
Kaydırağı çekerek molekülün açısını değiştir: 180°’de molekül düz olur ve polarite kaybolur; 104,5° gerçek su molekülünün açısıdır. Şema, açı küçüldükçe molekülün nasıl kutuplandığını gösterir.
“Bu asimetrik yapı suyun diğer moleküllerle nasıl etkileşime girdiğini belirler” diyor. Somut karşılığı şudur: bir su molekülünün eksi ucu, başka bir su molekülünün artı ucunu çeker. Bu zayıf çekimlere hidrojen bağı denir. Ünitenin geri kalanındaki her özellik — kohezyon, yüzey gerilimi, yüksek ısı kapasitesi, buzun yüzmesi — bu bağların varlığından doğar.
Aynı mantık çözücülük için de geçerlidir: tuz gibi yüklü ya da şeker gibi polar maddeler suda çözünür, çünkü su molekülleri onların çevresini sarar. Zeytinyağı gibi polar olmayan maddeler ise çözünmez ve suyun üstünde ayrı durur. Su bu yüzden “polar bir çözücü” diye tanımlanıyor.
Su yaşamın sürdürülmesinde ve doğal dengenin korunmasında hayati bir öneme sahiptir. Yaşamın temel yapı taşlarından olan suyun kendine özgü özellikleri, onu canlılık için vazgeçilemez bir bileşen hâline getirmektedir.
Düğmelerle geç; her özellik için şema çizilir ve altındaki kutuda tanımı ile günlük hayattaki karşılığı yazar.
Adezyon, farklı moleküllerin birbirini çekmesi özelliğidir. Suyun cam yüzeyine tutunması veya bir yüzeyde yayılması gibi durumlar adezyon örnekleridir. Kohezyon ise aynı tür moleküllerin birbiri arasındaki çekim kuvvetini ifade eder. Suyun bir araya gelerek bir damla oluşturması veya dolu bir tüpün ağzında bombe oluşturması gibi durumlar kohezyon örnekleridir. Su, yüksek adezyon ve kohezyon özelliklerine sahiptir. Bitkilerde suyun köklerden yukarı taşınması suyun adezyon ve kohezyon özelliğiyle sağlanır.
Ayrımı bir cümlede tutmanın yolu: adezyon = farklı tür, kohezyon = aynı tür. Bitkideki taşımada ikisi birden çalışır: kohezyon su moleküllerini birbirine bağlayıp zincir gibi yukarı çeker, adezyon bu zincirin boru çeperine tutunmasını sağlar ve geriye kaymasını engeller. Bu yükselmeye kılcal yükselme denir; bir önceki ünitede geçen iletim demeti tam olarak bu iş için ince borulardan oluşur.
Su, moleküllerinin birbirleriyle etkileşimi sonucu oluşan yüksek kohezyon kuvvetinin etkisiyle yüzeyinde görünmez bir film varmış gibi davranır. Bu durum yüzey gerilimi olarak adlandırılır. Bazı küçük canlıların su yüzeyinde batmadan yürüyebilmesinin nedeni, su molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetinin böcek ayağı ve su arasındaki adezyon kuvvetinden büyük olmasıdır.
Son cümle bir karşılaştırmadır ve sınavda tam olarak bu biçimde sorulur: böceğin batmaması, kohezyonun adezyondan büyük olmasındandır. Eğer böcek ayağıyla su arasındaki çekim (adezyon) daha güçlü olsaydı, su yüzeyi böceği aşağı çeker ve yüzey filmi yırtılırdı.
Polar bir çözücü olan suyun içerisinde pek çok madde yüksek oranda çözünebilir. Su, bu özelliği sayesinde organizma içerisinde kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesinde, besinlerin taşınmasında, hücresel yapıların korunmasında ve birçok hayati olayda önemli görevler üstlenir. Suyun çözücülük özelliği sayesinde topraktaki mineraller, bitkiler tarafından alınır ve bitkilerin büyümesi için gerekli besinler taşınır.
Dört görev sayılıyor ve dördü de sınavda ayrı ayrı sorulur: kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesi, besinlerin taşınması, hücresel yapıların korunması ve topraktaki minerallerin bitki tarafından alınması. Son madde bir sonraki bölümle doğrudan bağlıdır: bitki minerali kuru hâlde değil, suda çözünmüş hâlde alır.
Çözücülük özelliğinin yanı sıra suyun ısı kapasitesi de oldukça yüksektir. Sıcaklık değişimlerine karşı dirençli olmasını sağlayan bu özellik, canlıları ani sıcaklık değişimlerine karşı korur. Ayrıca düşük sıcaklıklarda katılaşan suyun yoğunluğu sıvı hâlden daha düşük olduğu için soğuk havalarda su yüzeyi buzla kaplanır. Bu durum su altındaki ekosistemleri soğuk havanın etkisinden korur.
Terim kutusu — Isı kapasitesi: bir maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gerekli ısı miktarıdır.
Buzun yüzmesi çok az maddede görülür: maddelerin neredeyse tamamı katı hâlde daha yoğundur ve batar. Suda tersi olur — donarken moleküller hidrojen bağlarıyla belirli bir düzene girer ve aralarında boşluk kalır. Bu yüzden buz suyun üzerinde durur ve su altındaki ekosistemleri korur: göl yüzeyden donar, dip kısmı sıvı kalır ve balıklar kışı geçirebilir. Buz dipten donsaydı göl baştan aşağı katılaşırdı.
Beş küçük deney veriliyor ve gözlemlerin suyun hangi özelliğiyle ilişkili olduğunu tartışmayı istiyor. Aşağıda deneylerin ne gösterdiği yazılı.
Mineraller, organizmaların ihtiyaç duyduğu ama kendi bünyesinde üretemediği inorganik moleküllerdir. Sağlıklı büyüme ve gelişme, vücut fonksiyonlarının yerine getirilmesi, yaşamın sürdürülmesi gibi işlevlerde rol üstlenen mineraller; doğal olarak toprakta, suda ve kayalarda farklı formlarda bulunur. Bitkiler, sağlıklı büyüme ve gelişme için gerekli mineralleri çözünmüş olarak topraktan elde eder. Hayvanlar ise bitkileri ve içme suyunu tüketerek mineralleri vücutlarına alır.
Tanımın en kritik kelimesi “üretemediği”dir. Bir canlı proteinini, yağını, karbonhidratını kendisi üretebilir; ama demiri üretemez — çünkü mineraller elementtir, bir canlı bir elementi başka bir elemente çeviremez. Bu yüzden mineraller dışarıdan alınmak zorundadır. Bitki topraktan, hayvan bitkiden ve sudan alır; yani sofrandaki demir, bir zamanlar toprakta bulunuyordu.
Minerallerin kemiklerin güçlenmesi, kas ve sinir sisteminin çalışması, su dengesinin düzenlenmesi gibi çeşitli görevleri vardır. Mineraller hormonların, enzimlerin ve diğer birçok biyolojik bileşenin yapısını da destekler. Bazıları bağışıklık sisteminin düzgün çalışması için gereklidir. Mineral eksikliği bitki, hayvan ve insanlarda çeşitli sorunlara neden olabilir. Özellikle belirli minerallerin yetersiz alınması, vücudun normal işlevlerini etkileyerek çeşitli hastalıklara yol açar.
“Bitki, hayvan ve insanlarda” demesine dikkat: mineral eksikliği yalnız insanın sorunu değildir. Kontrol Noktası bulmacasında geçen “eksikliği bitkilerin genç yapraklarında solmaya neden olan mineral” ipucu tam olarak bunu gösteriyor — aynı mineral (kalsiyum) hem bitkide hem insanda gereklidir, ama eksikliğinin belirtisi farklı görünür.
Etkinlik on bir minerali sıralayıp görevlerini, eksiklik belirtilerini ve bulunduğu besinleri araştırmayı istiyor. Aşağıda doldurulmuş hâli var. Kontrol Noktası bulmacasının ipuçlarıyla doğrulananlar son sütunda işaretli. Arama kutusuna kemik, bağışıklık, kan gibi bir kelime yaz.
Kontrol Noktası bulmacası dokuz ipucu veriyor. Her satırda doğru minerali (ya da hastalığı) seç, sonra Denetleye bas. Not: bulmacada “4” numaralı iki ipucu vardır ve ikisinin de cevabı kalsiyumdur — biri bitkideki, öteki insandaki eksiklik belirtisini sorar.
1. Etkinlik bu tabloyu boş veriyor ve doldurmayı istiyor. Aşağıda çalışan hâli var: her hücreye tıklayarak işaretle — bir tık var/evet (✓), iki tık yok/hayır (✗) — sonra Denetleye bas. Dikkat edilecek tek satır “canlılar tarafından üretilir” satırıdır; iki sütun burada birbirinden ayrılır ve gerekçesi aşağıdaki kartta yazılıdır.
Minerallerin tanımı çok net: “organizmaların ihtiyaç duyduğu ama kendi bünyesinde üretemediği inorganik moleküllerdir”. Mineral bir elementtir; bir canlı bir elementi başka bir elemente çeviremez, bu yüzden mineral her zaman dışarıdan alınır.
Su bu satırda ayrılır. Su, canlı hücrede üretilebilir: küçük moleküller birleşip büyük molekülleri oluştururken her bağ kurulduğunda bir su molekülü açığa çıkar. Ayrıca hücresel solunum tepkimelerinin sonunda da su üretilir. Yani su, canlının hem dışarıdan aldığı hem de kendi ürettiği tek inorganik moleküldür. Ders kitabı tabloyu boş bıraktığı için bu satırın cevabını vermiyor; ayrım yukarıdaki gerekçeyle kesindir.
Öteki beş satırda su ile mineral aynıdır: ikisi de sindirilemez (zaten yeterince küçüktürler, parçalanmaya gerek yoktur), ikisi de enerji verici olarak kullanılmaz (enerji organik moleküllerden elde edilir), ikisi de hücre zarından geçer, ikisi de canlı yapısına katılır ve ikisi de yaşamsal faaliyetlerin düzenlenmesinde görev alır.
Verilen olay ya da belirtiden hareketle doğru cevabı seç. Sorular her seferinde karışık sırada gelir.
Terlemek vücudun serinleme yöntemidir ve tam da suyun özelliğine dayanır: derideki su buharlaşırken vücuttan çok miktarda ısı alır. Terle yalnız su değil, sodyum ve potasyum da kaybedilir — bunlar su dengesinin düzenlenmesinde görevlidir. Uzun antrenman sonrası yalnız su içmek bazen yetmez, mineral kaybının da yerine konması gerekir.
Boşalttığın bardağın iç yüzeyinde kalan ince su tabakası adezyondur: tanımıyla farklı moleküllerin birbirini çekmesi. Bardağa ağzına kadar su doldurup üstünde oluşan kavisi gördüğünde ise kohezyonu görüyorsun — aynı tür moleküllerin birbirini çekmesi. İkinci deney bunu madenî parayla gösteriyor.
Su üstünde koşan uzun bacaklı böcek batmaz, çünkü yüzey gerilimi onu taşır. Açıklama nettir: su molekülleri arasındaki kohezyon kuvveti, böcek ayağı ile su arasındaki adezyon kuvvetinden büyüktür. Suya birkaç damla deterjan düşerse yüzey gerilimi bozulur ve böcek batar — bu, deterjanlı suyun doğaya bırakılmamasının nedenlerinden biridir.
Buz batmaz, çünkü katılaşan suyun yoğunluğu sıvı hâlden daha düşüktür. Ders kitabı bunun ekolojik sonucunu da veriyor: soğuk havalarda göl yüzeyi buzla kaplanır ve su altındaki ekosistemler soğuk havanın etkisinden korunur. Kışın gölün altında balıkların yaşayabilmesinin nedeni budur.
Yazın sahil şehri gece, iç bölgeler kadar soğumaz. Nedeni suyun yüksek ısı kapasitesidir: bu özellik sıcaklık değişimlerine karşı dirençli olmayı sağlar ve canlıları ani sıcaklık değişimlerine karşı korur. Deniz gündüz ısıyı emer, gece yavaşça bırakır. Aynı özellik vücudundaki suyun sıcaklığını da dengeler.
Şeker çayda çözünür, zeytinyağı suyun üstünde ayrı durur. Tanım bunu açıklıyor: su polar bir çözücüdür, polar ve yüklü maddeleri çözer. Ayrıca beşinci deneyi tam olarak bu karşılaştırmayı yapıyor: tuz ve şeker çözünür, un ise çözünmeyip dibe çöker.
Suyu topraktan yaprağa kadar çıkaran şey pompa değil, suyun kendi özellikleridir: bitkilerde suyun köklerden yukarı taşınması suyun adezyon ve kohezyon özelliğiyle sağlanır. Ayrıca bitki minerali kuru hâlde alamaz — suda çözünmüş olarak alır. Yani gübre vermek tek başına yetmez, su da gerekir.
Marketteki tuzun üzerinde çoğunlukla “iyotlu” yazar. Nedeni bulmacada: iyot eksikliğinde guatr ortaya çıkar. İyot toprakta her bölgede eşit bulunmadığı için tuza eklenir. Bu, bir mineral eksikliğinin toplum ölçeğinde çözülmesine iyi bir örnektir.
Sürekli yorgunluk şikâyetinde ilk bakılan değerlerden biri demirdir. Mineral tablosunun bulmacasındaki ipucu şudur: kanda oksijenin taşınmasında görevli mineral. Demir, alyuvarlardaki hemoglobinin yapısında bulunur — bir önceki ünitede omurgalıların ortak özelliği olarak geçen hemoglobin budur. Demir azalınca dokulara giden oksijen de azalır, sonuç halsizliktir.
Dünyadaki suyun dağılımı, su molekülünün asimetrik yapısı ve polaritesi, adezyon, kohezyon, yüzey gerilimi, çözücülük, ısı kapasitesi ve buzun yüzmesi, minerallerin tanımı, görevleri ve on bir mineralin eksiklik belirtileri
Dünya yüzeyinin yaklaşık %75’i sularla kaplıdır.
Bu suyun yaklaşık %97’si okyanus ve denizlerdeki tuzlu sulardır.
Geriye kalan %3’ü tatlı su kaynaklarıdır.
Yer altı su kaynakları ve canlılar için kullanılabilir tatlı su kaynakları
oldukça sınırlıdır.
İki pozitif yüklü hidrojen ve bir negatif yüklü oksijen atomundan
oluşur.
Hidrojenler oksijene bağlandığında asimetrik bir molekül oluşur; bu yapıya
polarite denir.
Asimetrik yapı, suyun diğer moleküllerle nasıl etkileşime girdiğini belirler.
Bu yapı sayesinde ortaya çıkan özellikler: adezyon · kohezyon · yüksek ısı
kapasitesi · polar molekülleri çözebilme.
Adezyon: farklı moleküllerin birbirini çekmesi. Örnek: suyun cam yüzeye
tutunması ya da bir yüzeyde yayılması.
Kohezyon: aynı tür moleküllerin birbiri arasındaki çekim kuvveti. Örnek:
damla oluşması, dolu tüpün ağzında bombe oluşması.
Su yüksek adezyon ve kohezyon özelliklerine sahiptir. Bitkilerde suyun
köklerden yukarı taşınması bu iki özellikle sağlanır.
Yüzey gerilimi: yüksek kohezyon nedeniyle yüzeyde görünmez bir film varmış gibi
davranması. Böceğin batmamasının nedeni: kohezyon kuvvetinin, böcek ayağı ile su
arasındaki adezyon kuvvetinden büyük olması.
Çözücülük: su polar bir çözücüdür, içinde pek çok madde yüksek oranda
çözünür. Bu sayede kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesi, besinlerin
taşınması ve hücresel yapıların korunması mümkün olur; topraktaki
mineraller bitkiler tarafından alınır.
Isı kapasitesi: bir maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gerekli ısı
miktarı. Suyunki yüksektir; bu, canlıları ani sıcaklık değişimlerine karşı
korur.
Buz: katılaşan suyun yoğunluğu sıvı hâlden düşüktür, bu yüzden su yüzeyi
buzla kaplanır ve su altındaki ekosistemler soğuk havanın etkisinden korunur.
Tanım: organizmaların ihtiyaç duyduğu ama kendi bünyesinde üretemediği
inorganik moleküllerdir.
Nerede bulunur: doğal olarak toprakta, suda ve kayalarda farklı
formlarda.
Nasıl alınır: bitkiler çözünmüş olarak topraktan, hayvanlar
bitkileri ve içme suyunu tüketerek.
Görevleri: sağlıklı büyüme ve gelişme · vücut fonksiyonlarının yerine
getirilmesi · yaşamın sürdürülmesi · kemiklerin güçlenmesi · kas ve sinir
sisteminin çalışması · su dengesinin düzenlenmesi · hormonların,
enzimlerin ve diğer biyolojik bileşenlerin yapısını desteklemesi · bazıları
bağışıklık sistemi için gerekli.
Eksikliği: bitki, hayvan ve insanlarda çeşitli sorunlara ve hastalıklara yol
açar.
Kohezyon — aynı tür moleküllerin kendi aralarındaki çekim kuvveti.
Adezyon — farklı tür moleküller arasındaki çekim kuvveti.
Kalsiyum — eksikliği bitkilerin genç yapraklarında solmaya neden olur; ayrıca
kemik ve diş sağlığı açısından önemlidir.
Guatr — iyot eksikliğinde ortaya çıkan hastalık.
Magnezyum — yeşil yapraklı bitkilerin ve kabuklu yemişlerin yapısında bolca
bulunur.
Çinko — eksikliği bağışıklığın zayıflamasına neden olur.
Sodyum — vücutta sıvı-elektrolit dengesini sağlar.
Demir — kanda oksijenin taşınmasında görevlidir.
Potasyum — eksikliği kalp atışlarında düzensizliğe sebep olur.
Ortak yanları: ikisi de sindirilemez · enerji verici olarak
kullanılmaz · hücre zarından geçer · canlı yapısına katılır ·
yaşamsal faaliyetlerin düzenlenmesinde görev alır.
Tek fark: mineral canlılar tarafından üretilemez (tanım gereği),
su ise üretilebilir — küçük moleküller birleşip büyük molekülleri oluştururken
ve hücresel solunum tepkimelerinde su açığa çıkar.