Dörtyüzlü Yapı Suyun Benzersizliğini Açıklıyor

Fotoğraf: Tokyo Üniversitesi’ndeki bilim insanları, suyun şaşırtıcı sıvı – sıvı geçişini ve aykırı özelliklerini açıklamak için tetrahedra (dörtyüzlü) yapılarının oluşumuna dayalı iki halli bir model kullanıyor.

Tokyo Üniversitesi Endüstriyel Bilim Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, donma derecesine kadar soğutulmuş suyun, dörtyüzlü yapılandırılmış biçimi ve düzensizlik arasındaki sıvıdan sıvıya bir faz geçişine sahip olma olasılığını araştırmak için deneysel verileri derinlemesine inceledi. Onlar dörtyüzlü yapının işbirlikçi formasyonuna dayanan bir kritik nokta kanıtı buldular ve suyun anormal özelliklerinde küçük bir rol oynadığını gösterdiler. Bu çalışma, suyun yaşam için esas olan özelliklerinin ağırlıklı olarak iki hal özelliğine sahip olmasından kaynaklandığını gösterdiler.

Bildiğimiz gibi, sıvı su yaşam için vazgeçilmezdir, ancak onun birçok özelliği diğer akışkanların davranış yolu ile uyumlu değildir. Bazı anormallikler, mesela suyun 4 C deki maksimum yoğunluğu ve büyük ısı kapasitesi, canlı organizmalar için önemli bir çıkarımdır. Bu özelliklerin kaynağı, Röntgen’in zamanından beri bilimsel toplulukta şiddetli çekişmeleri tetiklemektedir.

Şimdi Tokyo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sıvı sudaki moleküler yapıların iki çeşidinin dinamik ortak varoluşunu varsayan iki halli bir örnek modelden faydalandılar. Bunlar bilinen, düzensiz, normal-sıvı yapı ve bölgesel olarak tercih edilen dörtyüzlü bir yapıdır. Diğer birçok faz geçişlerinde olduğu gibi, dörtyüzlü ve korelasyon(karşılıklı ilişki) arasında bir güç yasası formunu aldığı, artık “tipik” bir uzunluk ölçeğinin olmayacağı anlamına gelen “kritik bir nokta” olabilir.

Araştırmacılar, su moleküllerinin bilgisayar simülasyonlarını kullanarak X-Ray saçılım, yoğunluk, sıkıştırılabilirlik ve viskozite ölçümlerini içeren deneyde kullanılan yapısal, termodinamik ve dinamik veriler kapsamında, eğer varsa bir kritik noktanın olabildiği yeri daraltabildiler.

Lider yazar Rui Shi: “Eğer sıvı sudaki dörtyüzlü yapıştın oluşumu bu şartlar altında ortak ise, o halde sıvı-sıvı bir faz geçişi bir kritik nokta ile mümkündür.” dedi.

Ekip, bunun -90 C civarı bir sıcaklıkta ve yaklaşık 1,700 atm basınçta meydana geldiğini gösterdi. Bu aralıktaki deneyler müthiş derecede zordur: Çünkü su, kendi normal donma noktasının çok altında, buz kristalleri çabuk şekillenebilir. Yine de numuneleri, bu yüksek basınçlarda, yarı kararlı bir “aşırı soğutulmuş” durumda sıvı kalabilir.

Kıdemli yazar Hajime Tanaka der ki: “Kritik noktanın gerçek olduğunu kanıtıyla gördük; ama bunun etkisi, sıvı sudaki ulaşılabilir bölgede deneysel olarak takriben ihmal edilebilir. Bu, kritiklikten değil, suyun anormalliklerinin sahip olduğu iki hal özelliğinden geldiği anlamına gelir.” Bilim insanları, bu projenin suyun anormalliklerinin kaynağında uzun tartışmalara ve suyun ikinci kritik noktasına erişmek için daha fazla deneysel araştırmalara liderlik edeceğini tahmin ediyorlar.

Kaynak: phys.org