Su ve elektrolitler

SU

Suyun Özellikleri Polar molekül Kohezyon ve adhezyon Yüksek spesifik ısı Yoğunluk–4oCde en yüksek Evrende doğal çözücü

Suyun molekül yapısı

Su molekülü, dipol karakterdedir; çevresindeki elektrik yükü dağılımı üniform değildir

Su molekülleri, dipol karakterde oluşları nedeniyle hem katı halde hem de sıvı halde iken, birbirlerine hidrojen köprüsü bağlarla bağlanma yeteneğindedirler

HİDROJEN BAĞLARI Hidrojen bağı sonucu ortaya çıkan ekstraordinari sonuçlar: Kohesif davranış Sıcaklık değişimine direnç Yüksek ısılı buhar Donduğunda genişleme Çözücü çeşitliliği Su moleküllerini bir arada tutar Her bir su molekülü maksimum 4 hidrojen bağı yapabilir Su molekülleri arasındaki hidrojen bağları kovalent bağlarından yaklaşık 1/20 si kadar daha zayıftır.

Hidrojen bağları maddeleri bir arada tutar, bu olay kohezyon olarak adlandırılır Kohezyon bitkilerde suyun taşınmasından sorumludur Su molekülleri arasındaki kohezyon suyun yerçekimine karşı bitkilerde transportunda rol oynar Adhezyon, bir maddenin diğer bir maddeye tutunması, örneğin su molekülünün bulunduğu kabın çeperini oluşturan moleküllere tutunması.

Yüzey gerilimi, kohezyona bağlı olarak, sıvı yüzeyinin kırılması veya esnetilmesi için gerekli kuvvet. Su, molekülleri arasındaki hidrojen bağları nedeniyle, diğer sıvılara oranla çok daha büyük yüzey gerilimine sahiptir. Su sanki üzerinde bir film tabakası varmış gibi davranır Bu yüzden bazı hayvanlar, yüzeyi kırmaksızın üzerinde yürüyebilir veya koşabilir.

Dünyadaki bazı sıcaklıklar Su daha sıcak olan havadan ısıyı absorblayıp daha soğuk olan havaya vererek hava sıcaklığını stabilize eder. Su kendi sıcaklığındaki çok küçük bir değişimle bile bağıl olarak büyük miktarda ısıyı absorblayabilir veya açığa çıkarabilir. Kinetik enerji nedir? Isı? Sıcaklık? Kalori? Cal ve cal arasındaki fark nedir? Spesifik ısı nedir? Deniz Seviyesinde Celsius Skalası 100oC Su kaynar 37oC İnsan vücut sıcaklığı 23oC Oda sıcaklığı 0oC Su donar  

Spesifik Isı 1 gram maddenin sıcaklığını 1oC değiştirmek için alınması veya verilmesi gereken ısı miktarı Dünyanın 1/3 ü sularla kapılı.

Ice is about 10% less dense than water at 4oC. When water reaches 0oC, water becomes locked into a crystalline lattice with each molecule bonded to to the maximum of four partners. As ice starts to melt, some of the hydrogen bonds break and some water molecules can slip closer together than they can while in the ice state. Ice is about 10% less dense than water at 4oC. Fig. 3.5 Copyright © 2002 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

Yaşamsal Çözücü Çözelti Sulu çözeltiler Hidrofilik Çözünen Çözücü İyonik bileşikler suda çözünürler Polar moleküller (genellikle) suda çözünürler Hidrofobik Apolar bileşikler

Hidrofilik (suyu seven) maddeler suda çözünürler Hidrofilik (suyu seven) maddeler suda çözünürler. Bunlardan iyonik olanlar yüklerine göre suyun pozitif veya negatif ucuyla etkileşir, polar olanlar su ile hidrojen bağları yaparlar.

Apolar bağların çoğunlukta olduğu maddeler hidrofobik (suyu sevmeyen) maddelerdir, suda çözünmezler.

Su moleküllerinin ayrışması ile az da olsa proton ve hidroksil iyonları elde edilir.

Biyomoleküllerin Çoğu Suda Çözünür Sulu çözeltilerin iki önemli nicel özelliği: 1. Konsantrasyon 2. pH

Su Moleküllerinin Disosiasyonu İki su molekülü tarafından paylaşılan hidrojen atomu molekülden diğerine kayar. Hidrojen atomu elektronunu arkasında bırakır ve tek proton olarak transfer olur - hidrojen iyonu (H+). Proton kaybeden su molekülü hidroksid iyonu (OH-) olarak adlandırılır. Ekstra protonlu su molekülü hidronyum iyonudur (H3O+).

Nötral pH’da H+ ile OH’nin konsantrasyonu Sulu çözeltilerde, saf suda olduğu gibi H+ ile OH’nin konsantrasyonları eşit olduğunda, çözeltinin nötral pH’ da olduğu ifade edilir Nötral pH’da H+ ile OH’nin konsantrasyonu [H+] = [OH-] = 10-7 M

pH, bir çözelti için bir karakteristiktir pH, bir çözelti için bir karakteristiktir. Bir çözeltinin pH’ı, çözeltideki H+ iyonları konsantrasyonunun eksi logaritmasıdır. 25oC’de nötral bir çözeltinin pH’ı 7’dir.

Asidik ve alkali çözeltiler Bir çözeltinin pH’ı 7’den küçükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha yüksek), çözelti asidiktir Bir çözeltinin pH’ı 7’den büyükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha düşük), çözelti alkali veya baziktir

pH Skalası Herhangi bir çözeltideki pH skalası: [ H+ ] [OH-] = 10-14 Asidite derecesi ölçümü (0 – 14) Biyolojik sıvılar genellikle pH 6 – 8 aralığındadır Her bir pH birimi 10 kez farklılık gösterir (logaritmik skala) pH da küçük bir değişiklik gerçekte H+ ve OH- konsantrasyonlarındaki değişimin yansımasıdır.

The scale is logarithmic, thus there is a ten-fold change in acidity or alkalinity per unit change. For example, water with a pH of 5 is ten times more acidic than water with a pH of 6.

Asitler ve bazlar Asitler, proton donörleri (vericileri) olarak; bazlar da proton akseptörleri (alıcıları) olarak tanımlanabilir Canlı organizmada bulunan asitlerin çoğu zayıf asittir.

Bir proton donörü ve ona uygun proton akseptörü, bir konjuge asit-baz çifti oluşturur

Zayıf bir asit (proton donörü) ve onun konjuge bazını (proton akseptörü) içeren sistemler tampon sistemi olarak bilinirler. Henderson-Hasselbalch denklemi Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH) eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde olan sulu sistemlerdir.

Vücuttaki önemli tampon sistemleri Karbonik asit/Bikarbonat tampon sistemi [H2CO3 / HCO3 ]: Ekstrasellüler sıvılarda pH = 6,1 + log {[HCO3]/pCO2 x 0,255} Primer fosfat/Sekonder fosfat tampon sistemi [H2PO4/ HPO42]: İntrasellüler sıvılarda, böbreklerde Asit Hemoglobin/Hemoglobinat tampon sistemi [HHb/ Hb]: Eritrositlerde Asit Protein/Proteinat tampon sistemi [H.Prot/Prot]: Hücre içinde

Elektrolitler Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl HCO3 HPO42

Elektrolitlerin fonksiyonları Metabolik olayları etkilerler. Ozmotik basıncın düzenlenmesinde rol oynarlar. Suyun vücut sıvı bölüklerine dağılımında etkili olurlar. Asit-baz dengesinin düzenlenmesinde etkindirler. Kalp ve kas işlevlerinin düzenlenmesinde rol oynarlar. Oksidoredüksiyon olaylarının düzenlenmesine katkıda bulunurlar. Katalizde kofaktör görevi üstlenirler.

Vücut sıvı bölükleri Su, erkeklerde vücut ağırlığının %50-65, kadınlarda ise %45-55 kadarını oluşturur. Bu oran, yeni doğanlarda daha yüksek (%75), yaşlılarda ise daha düşüktür (%45). 1) İntrasellüler(hücre içi) sıvı bölüğü: Toplam su miktarının %66’sı. 2) Ekstrasellüler (hücre dışı) sıvı bölüğü: Toplam su miktarının %33’ü. Plazma, hücreler arası (interstisyel)sıvı, transsellüler sıvılar.

Vücut sıvı bölükleri arasında serbestçe hareket edebilen su moleküllerinin bu bölüklerde tutulmasında bu sıvılarda çözünmüş iyon ve moleküllerin osmotik basıncı önemli rol oynamaktadır.

Hücre içi ve hücreler arası sıvının iyon bileşimleri farklı, ancak osmolariteleri aynıdır.

Vücut su dengesi Denge halinde vücuda giren ve atılan su eşittir. Su dengesi, vücut sıvılarının miktarını ve osmolaritesini sabit tutmak üzere düzenlenir.

Hücre içi sıvıların hacim ve osmolarite kontrolü Hücreler arası sıvı osmolaritesinde azalma suyun hücre içine doğru hareketine, artış ise hücrenin içinden dışına su çıkmasına ve hacim azalmasına neden olmaktadır.

Vücut su dengesi bozuklukları Dehidratasyon Hiperosmolar dehidratasyon: su kaybı sodyum kaybından fazla İzoosmolar dehidratasyon: su ve sodyum kaybı dengeli Hipoosmolar dehidratasyon: su kaybı daha az 2) Ödem: Hücre dışı sıvı hacminde artış. Venöz dolaşımda basınç artışı veya plazma proteinlerinin onkotik basıncındaki azalma sonucu...