‘Sıcak Su Bazen Soğuk Sudan Daha Hızlı Donar’ İddiaları Üzerindeki Tartışmalar Çoğalıyor
Soğuk suyun sıcaktan sudan daha çabuk donmasını beklemek mantıklı gibi geliyor, fakat bazı deneyler bunun tam tersini ileri sürüyor. Belli koşullar altında sıcak suyun, neden soğuk suya göre daha hızlı donabileceği konusunda şimdi yeni bir açıklama var. Mpemba etkisi olarak bilinen olay, bir kimyager grubun raporlarına göre, komşu su moleküllerini birbirine bağlayan bağların özelliklerinden dolayı olabilir. Yine de diğer araştırmacılar böyle bir etkinin hiç olmadığı görüşündeler.
Hızlı donan sıcak suya ilişkin görüşler bilim tarihinin ilk günlerine kadar uzanıyor. Örneğin Aristo, sıcak suyun soğuktan daha hızlı donmasını gözlemlediğini rapor etmişti. 1960’lı yıllarda Tanzanyalı bir öğrenci olan Erasto Mpemba, dondurmayı sıcak buharıyla dondurucuya koyduğunda daha hızlı donduğunu farketti. Bilim adamları, şimdi öğrencinin adı olan bu olay için (Mpemba etkisi); buharlaşma, konveksiyon akımları ve çözünmüş gazların veya sudaki diğer safsızlıkların etkileri de dahil olmak üzere çeşitli açıklamalar öne sürdü. Ancak açıklamaların hiçbiri tamamen kabul görmedi.
6 Aralık’ta Chemical Theory and Computation dergisinde yayınlanan bir makalede, bilim adamları, hidrojen atomları ile komşu su moleküllerinin oksijen atomları arasında oluşan hidrojen bağlarının yapbozun bir parçası olabileceğini öne sürüyor. Dallas’daki Güney Metodoloji Üniversitesi’nden (Southern Methodist University) Dieter Cremer ve meslektaşları, su molekülü kümelerinin simülasyonlarında hidrojen bağlarının gücü üzerinde çalıştı. Cremer “Su ısınırken hidrojen bağlarının değiştiğini görüyoruz.” diyor. Hidrojen bağlarının gücü yanında ki su molekülerinin dizilişine bağlıdır. Soğuk su simülasyonunda, hem zayıf hem de güçlü hidrojen bağları gözlendi. Ancak daha yüksek sıcaklıktaki su simülasyonunda, güçlü hidrojen bağlarının yüzdesinin daha büyük olduğu görüldü. Çünkü Cremer “Daha zayıf olan bağlar büyük ölçüde kırılmıştır.” diyor.
Cremer ve arkadaşları, hidrojen bağları hakkındaki bu yeni fikirlerinin Mpemba etkisini açıklayabileceğinin farkına vardılar. Su ısıtılırken, daha zayıf olan bağlar kırılır ve molekül grupları, buzun kristal yapısını yeniden şekle sokabilecek parçalara ayrılır ve donma işlemi için bir başlangıç noktası oluşturur. Soğuk suyun bu şekilde yeniden düzenlenmesi için, öncelikle zayıf hidrojen bağlarının kırılması gerekir.
Caltech’ten kimyager William Goddard “Kağıt üzerinde yapılan analizler çok iyi yapıldı.” diyor. Büyük soru şu ki, ‘Bu durum doğrudan Mpemba etkisiyle ilgili midir?’ Araştırmacılar bu olaya neden olabilecek bir etkiye dikkat çekmelerine rağmen, dondurma işlemini taklit etmediler ve yeni hidrojen bağlanma analizleri dahil edildiğinde daha hızlı ilerlediğini gösterdiler. Goddard, “Bu durum aslında Mpemba etkisiyle kesin ilişkili olduğunu göstermiyor. ” dedi.
Bu yeni açıklama, kime sorduğunuza bağlı olarak, Mpemba etkisinin doğrulanmamış nedenleri listesine eklenebilir. Louis’deki Washington Üniversitesi’nden fizikçi Jonathan Katz, “Henüz kesin olarak bir anlam ifade etmiyor.” diyor. Mpemba deneylerinde, su birkaç dakikalık veya saatlik süre zarfında donar. Katz, bu süre zarfında sıcaklık düştükçe, zayıf hidrojen bağlarının değişime uğrayacağını ve moleküllerin yeniden düzene gireceğini savunuyor.
Bu arada araştırmacılar, etkinin gerçek olup olmadığını tartışıyorlar. Mpemba etkisini gözlemleme girişimleri, tekrarlanabilir bir şekilde üretmek için uğraşan bilim adamlarıyla tutarsız hale geldi. 24 Kasım’da Scientific Reports’da yayınlanan deneylerde, bilim adamları sıcak ve soğuk su örneklerin sıfır santigrad dereceye kadar soğutulma zamanı ölçtü. Imperial London Üniversitesi’ nden Henry Burridge “Yaptığımız ne olursa olsun, Mpemba etkisine benzer bir şey göremedik.” diyor.
Ancak, Hırvatistan’daki Zagreb Üniversitesi’ nden kimyager Nikola Bregović bir e-postayla “Bu çalışma, Mpemba etkisi olgusunun çok önemli bir yönünü dışında tuttu.” yazdı. Burridge’nin çalışması, donmanın başladığı zamanı değil, sadece suyun donduğu sıcaklığa ulaşma zamanı gözlemledi. Donmanın başladığı zaman, kontrol edilmesi zor olan karmaşık bir süreçtir ve etkisinin doğrulanmasının bu kadar zor olmasının bir sebebi de budur. Bregović, ” Ben hala sıcak suyun soğuk sudan daha çabuk donabileceğinden eminim.” dedi.
Kaynak: sciencenews.org
