Izadi Jakintza»Izadi jakintza

Ura

LABURPENA: Ura oso ugari dago lur azalean, eta antzeko beste gaien oso ezaugarri fisiko-kimiko desberdinak ditu. Berezitasun hori dela-eta, guztiz egokia gertatu da izaki bizietan eginkizun asko eta asko betetzeko.Ura ohiko gaia da Lurrean; izan ere, planeta honen hiru laurden daude urez estaliak. Hain da ugari, non, Lurra, lau-laua balitz, 2,5 kilometroko sakoneran egongo bailitzateke murgilduta.

Hainbeste ur dagoela-eta planetan, greziar jakintsuek beren ustez lau elementu garbiak ziren haiexen artean ipini zuten: lurra, ura, airea eta sua, alegia, nahastean, objektu guztiak sortzen zituzten elementuak. Garbitasunaren ideiak bere horretan jarraitu zuen, harik eta 1781ean Henry Cavendish ura oxigeno eta hidrogenozko konbinazio batez osatua zegoelako ideiara iritsi zen arte. Joseph Gay-Lussac-ek frogatu zuen esperimentu bidez Cavendishen proposamena, bi gasetatik abiatuta ura sintetizatzea lortu zuenean.

Nolanahi ere, ura gai garbia delako ideiak bizirik dirau oraindik. Hori dela-eta, hainbat magnitude neurtzeko erreferentzia gisa erabili izan da, hala dentsitatea, likatasuna, bero espezifikoa eta pH-a (ikus aurrerago).

Lur planetan gertatzen den bezalaxe, izaki biziek ere ur kopuru handiak dauzkate, %50-90 bitarte. Motaren araberakoa izaten da (1. irudia) organismoek beren baitan daukaten kopurua. Mota berean ere ez da beti berbera izaten uraren portzentaia, adinaren araberakoa izaten baita, eta, hori dela-eta, zaharrak baino ur gehiago izaten du izaki gazteak (I. taula). Errazago ikusten da hori haragian: zekor xerra samurragoa da behi xerra baino, ur gehiago baitauka; hala, zekor zerra bat erretzean urritu egiten da (olioaren tenperaturak ura lurrinarazten du), behiarenak baino askoz ere ke gehiago ateratzen du, eta txinparta gehiago ateratzen.Organismo beraren baitan ere, aldaketak izaten dira ur edukian. Biologiari dagokionez aktiboagoak diren ehun eta organoek, motelagoak direnak baino ur gehiago dute (II. taula). Zelula metabolismoaren erreakzioak gerta daitezen behar den ur ingurunean bilatu behar da horren zergatia. Ehun aktiboagoetan erreakzio gehiago izango da, eta lasterragoak izango dira gainera, eta, hori dela-eta, prozesu horiek gertatzen diren inguruneak egokitu beharra izango du, eta isurkari kopurua handitu.

Izaki bizi bat arretaz aztertzen badugu, izaki horren itxurak gezurtatu egingo digu aurreko pasarteetan adierazitakoa, izan ere, barne ingurunea osatzen duten isurkarietan izan ezik (odola, linfa, izerdia, begi globoak, giltzadurak, etab.), ez da urik inon antzematen.Organismoetan, hiru gune desberdinetan izaten da ura: - Ur ibiltaria. Hauxe da agerikoena, organismo batzuek gaien garraiorako erabiltzen duten hodien sisteman zehar mugitzen dena. Ur guztiaren %8 izaten da gizakiengan.

- Ur betegarria. Zelulen artean dago, zenbaitetan libre, eta zelula arteko gaiaren parte dela beste batzuetan (hanpadurazko ura) Ur hau ez da ikusgaia, baina badu harremanik ehunen zenbait ezaugarrirekin. Hala, ur proportzio handia duelako da malgua kartilagoetako zelula arteko gaia; ur hori adinarekin galdu egiten da, eta ehun batzuk endekatu egiten dira, larruazala (malgutasuna galtzen du, eta zimurtu egiten da), eta kornea adibidez (zurixka izaten dute zaharrek).

Gizakiengan ur guztiaren %15 izaten da.- Zelula arteko ura. Hau ere ez da ikusten; zitoplasman eta hainbat zelula organuluren barruan dago. Gauza bitxia dirudien arren, ur honen molekulak izotzetan dauden modu berean daude kokatuak (ikus aurrerago), ur isurkarian daudenen moduan baino areago (5. irudia), eta horrek errazago bihurtzen du zelularen eta organuluen fortik,maren mantentzea. Ur mota hau da ugariena: organismoan dagoenaren %40 ere izatera iristen da.

Ura, gai berezia

Ura oso gai "arrunta" da planetan, baina horrek ez du esan nahi berezia ez denik. Uraren jokabidea ez da bere mota bereko molekula txikiek izaten dutenetik espero zitekeena; izan ere, guztiz "berezitzat" har daitezke uraren fusio eta lurrintze puntuak (III. taula).

Zergatik da hain berezia ura? Galdera horri erantzuteko, molekularen kimika konposiziora dago itzuli beharra. Oxigenoa oso atomo elektronegatiboa da (elektroiak erakartzen ditu), baina hidrogenoa ez; hori dela-eta, lotura kobalenteak sortzen dira hidrogenoaren eta oxigenoaren artean.

Elektroiek oxigeno egarri handiagoa dutenez gero, gertuago geratzen dira hartatik, eta karga birtual negatiboa hartzen dute. Aitzihidrogeno atomoek, urrunago baitaude elektroietatik, karga birtual positiboa hartzen dute.

Honaino ez dago ezer berezirik; hidrogenozko bi atomoak oxigenoaren alde banatan jartzen dira, eta orekatu egiten dira molekularen kargak. Baina, izan, gauzak ez dira horren errazak; hidrogenoen lotura kobalenteak 105 °C-ko angelu bat eratzen dute oxigenoarekin, eta, hortaz, aldeetako batean jartzen da karga positiboa (2. irudia).Horrek bipolar izatearen tasuna eransten dio ur molekulari. Nahiz eta guztiak batera harturik karga elektrikorik izan ez, molekularen alde batek karga positiboak kontzentratzen ditu, eta negatiboak besteak, dipolo elektrikoa balitz bezala.

Molekularen bipolaritatea dela-eta, oso solbatzaile egokia da ioi lotura duten gai guztientzat, bere ioi hidratatuetan banatzen baititu horiek. Era berean, gai da lotura kobalenteak dituzten gaiak, baina talde polarrak dituztenak, solbatzeko (ioi daitezkeenak, 3. irudikoak bezala).

Kargen desoreka dela-eta, ur molekulek lotura ahulak era ditzakete oso erraz, hidrogeno zubi modukoak, beste molekulekin.Molekula arteko loturak eratzeko erraztasunak beste bi tasun ere ematen dizkio: kohesioa eta atxikidura. Kohesioa ur molekula batek aldamenekoekin hidrogeno zubiak osatzeko duen gaitasuna da; gehienera ere lau loturakoa izan daiteke (4. irudia).

Ur molekulak elkarrekin loturik egoteak zurrundu egiten du multzoa; aise ulertzen da hori izotzaz ari garenean, baina urari dagokionez harrigarria gertatzen da, ura normalean isurkaria izaten baita. Horren zergatia hidrogeno zubien iraupen guztizlaburrean datza; izan ere, loturak etengabe sortzen eta suntsitzen dira. Horrez gainera, loturen zenbatekoa tenperaturaren araberakoa izaten da; badirudi ur isurkarian –une bakoitzean– molekula bat beste 3,6rekin dagoela lotua, eta izotzetan berriz, batez beste, 4 loturaraino izaten dira.

Horren guztiaren ondorioz, ura ez dute molekula barreiatuek osatzen, aitzitik, molekula taldeak osatzen dute (gaur egun, 8 banakoko taldeak ere izan daitezkeela onartzen da), nahiz eta horien artean molekula bakartuak ere badiren (5. irudia).Atxikiduraren tasuna, ur molekulek duten gaitasun berezi batetik dator, alegia, molekula kargadunak, edo bere atomo talderen bat ioitzean karga daitezkeen molekulak dauzkan edozein gainalderekin lotzeko duten gaitasunetik hain zuzen (6. irudia).

Eguneroko bizitzan, gauzakiak “bustitzeko” urak duen ahalmenean gauzatzen da hori guztia. Tasun hori oso garrantzitsua da, are gehiago, pentsatzen baldin bada su batzuk itzal ditzakeela urak sutan dagoen gauzakiaren gainaldeari lotzen zaionean, eta oxigenorik iristea eragozten duenean; “ito” egiten du alegia. Jakina denez, beste su batzuk, molekula kargatuak ez dauzkaten gaietan sortuak, ezin dira urez itzali. Halaxe gertatzen da tartean gasolinak eta solbatzaileak dauden sute kimikoetan.

“Kapilaritatea” da atxikiduraren beste ondorio bat (7. irudia), eta ezaugarri horri esker gai desberdinen zirrikituetan sar daiteke ura (hanpadura). Kapilaritateak oso indar ahaltsuak eragiten ditu, tartean ur geruza mehe bat duten beirazko bi xafla banatu nahi direnean ikus daitekeen bezala; saio bat egindaiteke uraren ordez alkohol geruza bat ipiniz, eta emaitzak alderatu gero. Kapilaritatearen indarra ikusten da halaber barruan ura daukaten beirazko ontzien ertzean; isurkaria pixka bat igotzen da ertzaren aldetik, “menisko” deritzana osatuz; horren zergatia da ur molekulek, hitzez hitz, “igo” egiten direla, grabitatearen kontra, atxikidurari esker.

Indar hauek oso garrantzitsuak dira izaki bizi askorentzat; landareetan, adibidez, indar horri esker igotzen da ura zainetatik hostoetaraino, hodi zurkaretatik. Giza zibilizazioei ere erabilgarria gertatu zaie hanpaduraren gertaera. Adibidez, piramideak eraikitzeko harriak ateratzen ziren harrobietan, zurezko ziriak iltzatzen zituzten arrokaren pitzaduretan; bustitzen zituzten gero, eta, uretan sartzean handitu egiten baitzen ziria, askatu egiten zen harri puska.

Ur molekulek beren artean loturik egoteko duten gaitasunaren ondorioz, oso tasun bereziak ditu urak: - Isurkari ia ulertezina da. Itsasoko urak 1.000 m-ko sakoneran duen presiopean (100 atmosfera), %0,458 besterik ez damurrizten bolumena. Tasun hori guztiz egokia da zelulen formak bere horretan iraun dezan, indar handien pean –gehiegizko presiopean– gertatzen baitira askotan zelulak.

- Azaleko tentsioa oso handia du. Hau da, molekulen arteko kohesioa oso handia da isurkariaren azalean, eta, hori dela-eta, geruza mehe-mehea osatzen dute. Hobeto ulertuko da hori beira lehor baten gainean ur tanta batzuk botaz; ikusiko da atxikita geratzen direla, eta forma erdi esferikoa hartzen dutela; azaleko molekulak loturik dauden indarrari zor zaio hori, indar horrek baitauzka “bere baitan” barneko molekulak; saio bera alkohola erabiliz egiten badugu, ikusiko dugu alkohola zabaldu egiten dela, batere tantarik eratu gabe.

Azaleko tentsio handi hori dela-eta, intsektu asko irristatu egiten da ur azalean; eta, hori baino garrantzitsuagoa, lanean laguntzen dio zelula mintz meheari, zelularen edukiari eutsiz.

- Bero espezifikoa oso garaia du, hau da, energia asko behar da uraren tenperatura igoarazteko eta, alderantziz, oso motel galtzen du energia.

Horrelako kasuetan, hain zuzen, balio du urak –erreferentzia gisa– magnitude baten neurri banakoa definitzeko, kaloriarena hain zuzen ere. Ur garbizko gramo baten (1 cm 3 ) tenperatura 1 °C igotzeko behar den energia kopurua da kaloria.

Eguneroko bizimoduan, sukaldean ikusten da oso erraz tasun hori. Olioa surtan jarri zartagi batean, eta eltzeko ura baino askoz ere lehenago berotzen da; bestalde, denok dakigu zopa baino lehenago hozten direla jaki frijituak.

Bero espezifikoa zer den jakiteko, molekula mailara jo beharra dago, eta ikusi ea zer gertatzen den inguruneari ura eransten zaionean; horren ondorioz, molekulak lasterrago dardaratzen dira, eta gora egiten du gauzakiaren tenperaturak. Gogoratu beharra dago atomoak eta molekulak, guztiz egonkor izateko, 0 °C Kelvin-etan behar dutela egon (zero absolutu ere esaten zaio gradu horri).

Urari energia eransten zaionean, molekulek ezin dute beren dardara areagotu, hidrogenozko zubien bidez baitaude lotuak, eta, hori dela-eta, loturak hausten kontsumitu beharra du hartutako energiaren parte handi batek.

Horregatik, isurkariaren tenperaturak ez du gora egiten ia, nahiz eta energia asko beretu.

- Lurrintze bero handia du, hau da, energia asko behar du isurkaritik gas egoerara igarotzeko.

Molekulak elkarrekin lotzen dituzten hidrogeno zubiak hautsi beharra da horren zergatia. Lehen esan den bezala, ur isurkariak 3,6 lotura ditu, batez beste, une bakoitzean, eta ezin du gas egoerara igaro lotura horiek denak desagertu arte.

- Dentsitate handiagoa du isurkari denean egoera gotorrean baino. Izotza ur azaleangeratzea, hondoratu gabe, gauza guztiz normala iruditzen zaigu. Izan ere, ur isurkariak baino bolumen handiagoa du izotzak, %9 bat. Beste gai batzuetan ez da horrelakorik gertatzen, askoz ere bilduagoak baitaude molekulak (lotura bidez) gotorrak direnean isurkari direnean baino, eta, hori dela-eta, handiagoa da dentsitatea ur isurkaritan.

Urak, izozten denean, beste edozein gairen jokabide bera du; uraren molekulak elkartu egiten dira hidrogenozko zubi gehiagoren bidez. Nolanahi ere, modu finkoz ordenatzen dira loturak espazioan. Horrez gainera, hidrogeno zubien eratzea eta desegitea geldiroago gertatzen da izotzetan ur isurkarian baino. Hala, hexagono baten erpinak hartuz kokatzen dira gutxi gorabehera molekulak; horrela ordenaturik daudenean, molekula gutxiago dago bolumen jakin batean ur isurkaritan baino.

Tasun horri esker, itsasoen eta ibaien hondoak ez dira izozten nahiz eta ur azalean izotz geruza bat osatu, geruza horrek bakartzaile gisa jokatzen baitu, eta ez du uzten azpian duen urak beroa gal dezan.

Bada azken tasun bat molekularen izaera bipolarraren mendeko ez dena: uraren ioitze maila apala. Hau ulertzeko, kontuan izan behar da ura disoziatzeko gai dela, hurrengo formularen arabera:Gertatu, gertatzen da ur molekula bat gai dela beste molekula bati hidrogeno nukleo bat “lapurtzeko”, baina ez elektroia, elektroia “emailearen” oxigenotik oso hurbila baita. Horren ondorioz, molekula bat hidronio bihurtzen da, eta hidroxilo bestea. Kendutako protoia oso mugikorra da, eta molekula batetik bestera egiten dute jauzi (horrek esplikatzen du ura korronte elektrikoaren eroale izatea). Hori dela-eta, era honetan sinplifika daiteke erreakzioa:Formula hori, berez, konplexuagoa da, uretan ez baita inoiz protoi librerik izaten; areago, ioi hidroniorik ere ez dago, hidratatu egiten baita osatzeko. Izan ere, 9 4 protoiaren mugikortasuna dela-eta, hidronio bakoitzak eta hidroxilo jakin batzuek bizitza guztiz laburra dute; jauzika joaten da molekula batetik bestera, benetan protoi librea balitz bezala.

Disoziazioa oso molekula gutxiri gertatzen zaie, zehazki, 555.000.000-etatik bati; edo, beste era batera esanda, litroko molekulari besterik ez.

Oreka kimikoa gidatzen duten legeen arabera, litroko mol izango dira sortzen den ioi bakoitzeko.Tasun hori erabili izan da ingurunearen erreaktibitatea kalkulatzeko, hau da, pH-a.

Halako kalkuluetan, erreferentzia gisa erabiltzen da ur garbia, eta balio neutroa egozten zaio.

Ura izaki bizietan

Organismoetan urak duen portzentaia aztertzen denean, guztiz agerikoa gertatzen da urak izaki bizietan duen garrantzia. Gizakietan, adibidez, gorputzeko uraren %20 galtzeak galera konponezinak eragiten dizkio organismoari, ez baita gernurik sortzen, eta hondakinak ez dira kanporatzen.Zergatik da ura hain garrantzitsua izaki bizietan? Pentsatu beharra dago urak garrantzi handiko eginkizunak betetzen dituela organismoen baitan. Horien artean azpimarratu behar dira: - Gaien solbatzaile izatea. Betekizun hau polo biko molekula izatetik datorkio, horri esker era askotako gaiak solba baititzake. Gaitasun honek errazago egiten du atomoen eta molekulen mugikortasuna, eta, hortaz, baita metabolismoaren erreakzioak ere, erreakzio horiek uretan gertatzen baitira normalean.

- Eginkizun biokimikoa. Urak berezkoa duen ioitze gaitasunari zor zaio, horri esker molekula batean sar baitaiteke, eta hidratatu eta hautsi egiten du (hidrolisia), 8. irudiko erreakzioetan ageri den bezala.

- Garraio eginkizuna. Zelulen eta organismo batzuen (anelidoen) formari eusten laguntzen du. Eginkizun hori betetzeko, bere konprimagarritasun falta ia osoaz baliatzen da, eta azaleko tentsio garaiaz.

- Eginkizun mekaniko biguntzailea. Urak organoek elkarrekin igurtzitzea eragozten du; guztiz ageriko da hori giltzaduretakosinobia zorroetan, hezurren arteko igurtzitzea eragozten duten bigungarri gisa jokatzen baitute. Organo asko (birikak, bihotza), isurkaria barruan presio handian duten poltsetan sartuak daude, eta, horri esker, gorputzeko edo beste organoetako paretek ez dituzte jotzen, eta ez dira kaltetuak gertatzen.

Uraren betekizun hau isurkari konprimagarri izateari zor zaio.

- Funtzio termoerregulatzailea. Izerditzen garenean, ura kanporatzen dugu poroetatik; ur hori, larruazaleko beroa hartuta, lurrindu egiten da, eta hoztu egiten da larruazala.

Ekosistemari dagokionez, planetako leku askotako eremu zabalen klima erregulatzen dute ur masa handiek; ikusi besterik ez dago nolako aldeak izaten den kostaldeko tenperaturen eta barnealdekoen artean. Uraren bero espezifiko garaia eta lurrintze handia baliatzen dira eginkizun horretan.

Izaki bizien sorreran eta bilakaeran izan duen garrantzia da uraren garrantzia neurtzeko azken alderdia. Uretan sortu zen bizitza, eta, luzaroan (kanbrikoraino), planetaren itsaso primitiboetan bakarrik bilakatu ziren organismoak. Lurra kolonizatu zuten izaki biziek ezin izan zuten beren sorgunea ukatu, eta, hala, nahitaezko dute isurkari hau, eta oso ugari dute beren barnean.

Bukatzeko, eta bizitzaren jatorria dela-eta, zientzialari batzuek hainbat teoria proposatu dute, bizitza bestelako baldintzetan asmatu nahian nolakoa izan ote zitekeen. Proposamen horien arabera, tenperatura apalagoko eta presio garaiagoko giroetan, beste isurkari batzuek beteko lukete uraren papera. Isurkari horien artean, amoniakoak dirudi hoberena (9. irudia), bestelako gaien “itsasoak” ere aurkitu diren arren Eguzki sistemako satelite batzuetan, metanozkoak adibidez.