Su İki Farklı Faz Halinde Bulunabilir mi ?
Bu resimde, farklı yoğunluklara sahip ultra-viskoz akışkan suyun farklı formlarının sanatçı tarafından izlenimi gösterilmektedir. Arka planda ise, çok düşük sıcaklıklarda suyun basınçlandırılması ile üretilen yüksek yoğunluğa sahip amorf buzun gerçek verilerinden elde edilen X-ışını lekeleri gösterilmektedir. ( Mattias Karien )
Normalde akışkan suyun, kısa bir zaman aralığı içerisinde ortalama bir yapı etrafında yeniden düzenlenebilen moleküller olarak düzensiz olduğu düşünülmektedir. Fakat, Stockholm Üniversitesi’nden bilim adamları bu akışkanın, yapılarında ve yoğunluklarında büyük farklar olan iki fazını keşfettiler. Proceeding of the National Academy of Science ‘da yayımlanan araştırmanın sonuçları X-ışınları kullanılan deneysel çalışmalara dayanmaktadır.
Çoğumuz suyun Dünya üzerindeki varlığımız için çok önemli olduğunu biliyoruz. Fakat bununla birlikte, suyun alışılmışın dışında pek çok özelliği olduğu ve diğer bütün akışkanlardan çok farklı davrandığı ise az bilinmektedir. Erime noktası, yoğunluğu, ısı kapasitesi bunun bazı örnekleridir ve genel olarak suyun diğer akışkanlardan farklılık gösteren 70’den fazla özelliği bulunmaktadır. Suyun bu tuhaf özellikleri yaşamın ön koşuludur.
Stockholm Üniversitesi’nde Kimyasal Fizik profesörü Anders Nilsson, ‘’ Bulduğumuz bu yeni olağanüstü özellik, buz kristalizasyonunun yavaş olduğu düşük sıcaklıklarda, suyun iki farklı akışkan olarak bulunabilmesidir.’’ diyor. Suyun anlaşılmasında elde edilen bu ilerleme, iki farklı yapının kanıtlandığı Chicago yakınlarındaki Argonne Ulusal Laboratuvarı ve iki fazında gerçekten sıvı faz olduğunu gösterebilen ve dinamiklerin araştırılabildiği Hamburg’daki geniş X-ışını laboratuvarı DESY’deki X-ışınlarını kullanan çalışmaların bir araya gelmesi ile mümkün olmuştur. Böylece su iki farklı akışkan olarak var olabilmektedir.
Stockholm Üniversitesi’nde ultra-hızlı optik spektroskopi alanında deneyime sahip doktora sonrası araştırmacı Fivos Perakis ‘’Farklı zamanlarda moleküller arasındaki göre konumları belirlemek için X-ışınlarını kullanabilmek heyecan verici.’’ diyor. ‘’Özellikle iki faz arasında, düşük sıcaklıktaki numunenin dönüşümünü takip edebildik ve akışkanlar için tipik olan bir difüzyon olduğunu gösterdik.’’
Çoğu kez buzun, düzenli ve buz kutusu dışına çıkarılan kristal fazda olduğu düşünülür, ancak gezegenler sistemimizde buzun en yaygın formu düzensiz olan amorf yapısıdır ve bu amorf buzun düşük ve yüksek yoğunluğa sahip iki yapısı bulunmaktadır. Bu iki yapı birbirine dönüşebilmektedir ve bu yapıların akışkan suyun, düşük ve yüksek yoğunluklu formları ile etkileşimde olabilecekleri konusunda spekülasyonlar bulunmaktadır. Bu hipotezi deneysel olarak araştırmak Stockholm Üniversitesi’ndeki araştırma grubunun üstesinden geldiği büyük bir zorluk olmuştur.
Stockholm Üniversitesi Kimyasal Fizik bölümünde araştırmacı Katrin Amann Winkel, ‘’Donmuş bir akışkanı temsil eden camsı durum olarak değerlendirilip değerlendirilemeyeceklerini belirlemek amacı ile amorf buzlar üzerine uzun bir süre çalıştım.’’ diyor. ‘’Camsı durumdaki suyun çok hızlı bir şekilde düşük yoğunluklu farklı (daha viskoz) bir sıvı olan viskoz bir akışkana nasıl dönüştüğünü takip etmek gerçekleşen bir hayal oldu.’’
Stockholm Üniversitesi’nde Kimyasal Fizik bölümünde doktora öğrencisi Daniel Mariedahl, ‘’Su üzerine yeni keşifler yapma olanağı tamamen büyüleyici ve ileride yapacağım çalışmalar için mükemmel bir ilham kaynağı.’’ diyor. ‘’ Bu yeni bilgilerin X-ışınları sayesinde elde edilmesi özellikle heyecan verici çünkü X-ışınları radyasyonu öncüsü olan Wilhelm Röntgen, suyun iki farklı formda var olabileceğini ve birbirleri ile etkileşimlerinin görülmemiş özelliklere sebep olabileceğini ileri sürmüştür.’’
Stockholm Üniversitesi Teorik Kimyasal Fizik bölümünde profesör Lars G.M. Pettersson, ‘’Elde edilen yeni sonuçlar, oda sıcaklığında suyun hangi formda olması gerektiğine yani iki yapı arasında yerel dalgalanmalara sebep olan yüksek yada düşük yoğunluklu olma durumuna karar veremediğine kuvvetli bir destek sağlamaktadır.’’ diyor. ‘’ Özet olarak: Su karmaşık bir akışkan değildir, ancak karmaşık bir ilişkiye sahip iki basit akışkandan ibarettir.’’
Elde edilen yeni sonuçlar, sadece suyun farklı sıcaklık ve basınçlarda tamamen anlaşılmasını sağlamamış ayrıca yaşam için gerekli olan tuzlardan ve biyomoleküllerden nasıl etkilendiğinin anlaşılmasına da olanak sağlamıştır. Buna ek olarak, suyun anlaşılmasının artması, gelecekte suyun saflaştırılması ve tuzdan arındırılmasına yönelik yeni anlayışlara yol açabilir. Bu, küresel iklim değişikliği açısından insanlığın önündeki temel zorluklardan biri olacaktır.
Kaynak: sciencedaily.com
