How big is Su Molekülü?
280 피코미터!
Bir su molekülü, suyun en küçük birimidir: iki hidrojen atomuna bağlı bir oksijen atomu, H2O şeklinde yazılır. Bir molekülün komşuları arasında kapladığı yer olarak ölçüldüğünde yaklaşık 0,28 nanometre (280 pikometre) genişliğindedir. Bir nanometre bir metrenin milyarda biridir, bir pikometre ise bir nanometrenin binde biridir.
Bir molekülün sert bir dış yüzeyi yoktur. Elektronları, yavaş yavaş incelen bir bulut oluşturur; bu yüzden molekülün büyüklüğü nasıl ölçüldüğüne bağlıdır.
Üç atomunun merkezleri birbirine yakındır. Her hidrojen atomu oksijen atomundan yaklaşık 0,096 nanometre uzaktadır ve iki bağ yaklaşık 104,5 derecelik bir açıyla birleşir. Bu açı moleküle bükülmüş bir şekil verir; iki hidrojen atomu yaklaşık 0,15 nanometre arayla durur.
Elektron bulutu atomların merkezlerinin ötesine uzanır, bu yüzden her molekül bundan daha fazla yer kaplar. Bilim insanları bir molekülün büyüklüğünü çoğunlukla su moleküllerinin birbirine ne kadar yakın dizildiğinden tahmin eder. Sıvı suda X ışını ölçümlerine göre komşu moleküllerin merkezleri 0,280 nanometre arayla durur. Bir litre suya kaç molekül sığdığına dayanan bir ders kitabı tahmini ise kabaca 0,3 nanometre verir.
Oksijen, paylaşılan elektronları hidrojenden daha güçlü çeker. Bu yüzden bir su molekülündeki elektronlar oksijen atomunun yakınında daha çok vakit geçirir. Bu da oksijen ucuna hafif bir negatif yük, hidrojen uçlarına hafif bir pozitif yük verir. Yükleri bu biçimde ayrılmış bir moleküle polar denir.
Zıt yükler birbirini çeker; bu yüzden her su molekülü komşularını kendine çeker. Bu çekimlere hidrojen bağı denir. Hidrojen bağları, sıvının yüzeyinde su moleküllerini bir arada tutar ve suya yüzey gerilimini verir. Su, kuru bir yüzeyde düz yayılmak yerine bu yüzden damlalar oluşturur.
Su, birçok hücreyi çevreleyen zarlardan akuaporin denen protein kanalları aracılığıyla hızla geçer. Peter Agre ve meslektaşları ilkini insan alyuvarlarının zarında tespit etti; her alyuvar bunlardan yaklaşık 200.000 tane taşır. Agre, su kanallarının keşfi nedeniyle 2003 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştı.
En dar yerinde kanal 0,28 nanometre genişliğindedir; bu, yaklaşık tek bir su molekülü büyüklüğündedir. Bu yüzden su molekülleri kanaldan tek sıra hâlinde geçer; her kanaldan saniyede yaklaşık 3 milyar molekül geçer. Dar açıklık ve içindeki elektrik yükü, bir sıvıyı asidik yapan yüklü parçacıklar olan protonları geri çevirir. Böbreklerde akuaporinler, kandan süzülen suyun yüzde 99’unun geri alınmasına yardım eder.