Buz Neden Suda Batmaz

Sular her zaman yüzeyden donarlar ve buz her zaman suyun üzerinde yüzer, dibe batmaz. Eğer suyun tüm diğer sıvılar gibi soğudukça yoğunluğu artsaydı, yani buz suyun dibine batsaydı, bu durumda okyanuslar, denizler ve göllerde, donma alttan başlayacaktı. Alttan başlayan donma yüzeyde soğuğu kesecek bir buz tabakası olmadığı için, yukarı doğru devam edecekti. Böylece Dünya'daki göllerin, denizlerin ve okyanusların çok büyük bölümü dev birer buz kütlesi haline gelecekti. Böyle bir Dünya'nın denizlerinde hiçbir canlı yaşayamazdı. Denizlerin ölü olduğu bir ekolojik sistemde kara canlılarının varlığı da mümkün olamazdı. Kısacası Dünya, eğer su normal davransaydı, ölü bir gezegen olacaktı.
Bilinen tüm maddeler ısıları düştükçe büzüşürler. Bilinen tüm sıvılar da yine ısıları düştükçe büzüşür, hacim kaybederler. Hacim azalınca yoğunluk artar ve böylece soğuk olan kısımlar daha ağır hale gelir. Bu yüzden sıvı maddelerin katı halleri, sıvı hallerine göre daha ağırdır. Ama su, bilinen tüm sıvıların aksine, belirli bir ısıya (+4' C'ye) düşene kadar büzüşür, ama sonra birdenbire genleşmeye başlar. Donduğunda ise daha da genleşir. Bu nedenle suyun katı hali, sıvı halinden daha hafiftir. Yani buz, aslında normal fizik kurallarına göre suyun dibine batması gerekirken, su üstünde yüzer.
Suyun yukarıda anlatılan özelliği, Dünya üzerindeki denizler açısından çok önemlidir. Eğer bu özellik olmasa, yani buz suyun üzerinde yüzmese, Dünya üzerindeki suyun çok büyük bir bölümü tamamen donar, göllerde ve denizlerde hiçbir yaşam kalmazdı. Bu gerçeği biraz daha detaylı olarak inceleyelim. Dünya'nın pek çok yerinde soğuk kış günlerinde ısı 0' C'nin altına düşer. Bu soğuk elbette denizleri ve gölleri de etkiler. Bu su kütleleri giderek soğurlar. Soğuyan tabakalar dibe doğru çöker, daha sıcak kısımlar yüzeye çıkar, ama bunlar da havanın etkisiyle soğur ve yine dibe doğru çöker. Ancak bu denge sıcaklık, 4' C'ye gelince birden değişir, bu kez ısının her düşüşünde, su genleşmeye ve hafiflemeye başlar. Böylece 4' C'lik su en altta kalır. Daha yukarıda 0' C, onun üstünde 2' C, böylece devam eder. Suyun yüzeyi ise 0' C'ye vararak donar. Ama sadece yüzey donmuştur. Yüzeyin altında kalan 4' C'lik bir su tabakası, balıkların ve diğer su canlılarının yaşamlarını sürdürmeleri için yeterlidir.

Bu durumda, buzun altında kalmış olan suda yaşayan canlılar soğuktan korunmuş olur. Buz, ısıyı çok zor ilettiğinden üst kısımda oluşan buz tabakası, dıştaki soğuk havayı içeri geçirmez. O zaman da gölün ya da nehrin derinliklerindeki su donmaz. Tabiî bu suyun içinde yaşayan canlılar da. Eğer su donduğunda hafiflemeseydi ve diğer birçok madde gibi ağırlaşsaydı, donan kısım en üste çıkamazdı. Donma, dipten başlardı ve soğuk arttıkça da yukarı doğru ilerlerdi. O zaman, tamamı donan gölde canlı kalır mıydı? Peki, hiç deniz canlısı olmaması bizim hayatımızı nasıl etkilerdi? Ne güzel ki suya böyle bir özellik verilmiş.


Su, oda sıcaklığında sıvı haldedir. Normal şartlarda bu ilginç bir durumdur, çünkü su küçük bir moleküldür ve amonyak veya metan benzeri diğer küçük moleküllerde olduğu gibi bu molekülün de oda sıcaklığında gaz olması beklenir. Suyun sıvılığı küçük hidrojen atomlarından, bunları güçle çeken oksijen atomlarından ve dolayısıyla iki su molekülü arasında oluşan hidrojen bağlarından kaynaklanmaktadır. Bilindiği gibi su molekülünü kovalent bağlar oluşturur. Ancak meydana gelen bu molekülü bir diğer su molekülüne bağlayan bağ, hidrojen bağıdır. Daha önce de belirtildiği gibi hidrojen bağları son derece zayıf bağlardır. Bir hidrojen bağının ömrü yaklaşık olarak saniyenin yüz milyarda biri kadardır. Ancak bağın kırılması molekülü ortadan kaldırmaz, çünkü bir bağ kırıldığında yerine hemen yeni bir bağ oluşur. Bu yenilenmenin sonucunda su moleküllerinin birbirlerine yapışmaları mümkün olmaz. Ama bunun bir sonucu olarak bu moleküller akışkan olurlar. Sonuç olarak moleküller bağımsız hareket eden bir gaz yerine, hareketli bir sıvı olarak biraraya kümelenirler. Suyun benzerlerinden farklı olan bu yapısı, yaşam için temel unsurlardan bir tanesidir.

YOĞUNLUK FARKI VARDIR:

Su molekülleri arasındaki zayıf hidrojen bağlarının bir diğer sonucu da, suyun sıvı ve katı hali arasındaki yoğunluk farkıdır. Bilinen tüm maddelerde katılar sıvılardan daha yoğundurlar. Örneğin, normal şartlarda eritilmiş demirin içine katı demir parçaları attığınızda bu katı maddeler kesin olarak dibe çökecektir. Ama su için bu geçerli değildir. Suyun katı hali olan buzun yoğunluğu sudan daha azdır. Su, buz haline dönüştüğünde hidrojen bağları nedeni ile buzu oluşturan her bir molekül komşusunu sıkıca yakalar, ama buzu oluşturan bu moleküller arasındaki uzaklık çok fazladır. Dolayısıyla bu molekülleri oluşturan bağlar arasında boşluklar kalır. Katı haldeki suyun yapısı işte bu nedenle sıvı durumuna göre daha fazla boşluk içerir ve bu nedenle de daha az yoğundur. Bunun bir sonucu olarak, bir suyun içine buz attığınızda, buz suyun mutlaka yüzeyine çıkacaktır.