Su Yüzeyi Molekülleri Serbest OH Grubunun Dönüşü ile Enerji Kaybediyor
Fotoğraf: Diğer su moleküllerinden farklı olarak (kırmızı küreler: oksijen atomları; beyaz küreler: hidrojen atomları), yüzeydekiler serbest bir hidroksil grubuna (OH) sahiptir. Tahei Tahara ve ekibi, bu serbest OH gruplarının enerji kaybetmesinin ana yolunun rotasyon (mavi oklarla gösterilir) olduğunu göstermek için ultra hızlı spektroskopi (kırmızı foton ile gösterilir) kullandı. (RIKEN Moleküler Spektroskopi Laboratuvarı)
Su yüzeyindeki reaksiyonları da kapsayan kimyasal reaksiyonlar ve fiziksel süreçler; RIKEN ekibinin kolektif şekilde, su yüzeylerindeki moleküllerin nasıl enerji kaybettiğini keşfetmesiyle birlikte daha da kolay modellenecek.
Su birçok yönden anormaldir. Örneğin, diğer hidritlerle saf bir karşılaştırması yapılırsa beklenenden çok daha yüksek donma ve kaynama noktalarına sahiptir. Bu anormal özelliklerin çoğu, bir hidrojen atomunun yakınındaki moleküldeki bir oksijen atomu için barındırdığı güçlü elektrostatik çekim kuvvetinden kaynaklanır. Bu çekici kuvvet de komşu su molekülleri arasında hidrojen bağlarının oluşmasına neden olur.
Bu hidrojen bağları, bir su yapısı içinde 3 boyutlu bir ağ oluşturur. Fakat suyun yüzeyinde bulunan molekül tabakası, yalnızca altında bulunan moleküllerle hidrojen bağı oluşturmasından ötürü diğer moleküllerden farklıdır. Bu katman sadece bir molekül kalınlığında olduğundan hakkında pek bir şey bilinmiyor.
Yakın zamanda RIKEN Moleküler Spektroskopi Laboratuvarı’ndan Tahei Tahara ve çalışma arkadaşları, bu yüzey moleküllerinin nasıl enerji kaybettiğini keşfettiler.
Tahara, “Sudaki bu ara katmanlar birçok temel kimyasal ve fiziksel süreçte kilit rol oynuyor” diyor ve ekliyor “Haliyle, ara katmandaki suyun enerjiyi nasıl dağıttığını anlamak, moleküler düzeyde ara katmandaki olayları anlamak ve kontrol etmek için çok önemlidir.”
Su yüzeyi molekülleri, hidrojen bağlarının oluşturduğu ağdan bağımsız, havaya yapışan bir hidroksil grubuna (OH) sahiptir. Ekip, su yüzeyi moleküllerinin enerjiyi aslında bu çıkıntı şeklinde olan OH bağını döndürerek dağıttığını keşfetti (Fotoğraf). Bu bulgu da, yüzey molekülleri yalnızca komşu moleküllerle etkileşime girerek enerji kaybeder şeklindeki geleneksel olarak kabul edilen görüşe aykırıdır.
Tahara, “Bu bulgu da serbest OH’ın enerji kaybının, enerji transferiyle ilerlediğine dair mevcut inanca tamamen aykırı” diyor.
Bu keşif, su yüzeyinde gerçekleşen dinamiklerden daha fazlasına ışık tutacak. Tahara, “Bulgularımızın, suyun ara katmanlarında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar da dahil olmak üzere dinamik süreçleri tam olarak aydınlatmak için bir temel sağladığına inanıyoruz” diyor.
Ekip, keşiflerini gerçekleştirmek için yüzey moleküllerini ayıran ve zamanla nasıl değiştiklerini araştıran spektroskopik bir teknik kullandı. Bu ölçümün yapılması oldukça zordu. Tahara, “Bu, gerçekleştirilmesi zor ve hassas bir deneydi” diyor ve “Femtosaniye lazer darbelerinin fazını kontrol ederken, hava-su ara katmanlarındaki tek bir su katmanından üretilen zayıf sinyaldeki femtosaniye değişikliklerini tespit etmemiz gerekiyordu” şeklinde ekliyor.
Ekip daha sonra, hidrojenlerin bağlı olduğu OH gruplarının ara katmandaki su transfer enerjisinin nasıl olduğunu araştırmayı planlıyor. Tahara, “Bu bize suyun ara katmanlarındaki enerji aktarım süreçlerinin uyumlu ve istikrarlı bir görünümünü verecek” diyor.
Kaynak : phys.org
