Sıcaklık Olmadan Buzu Basınç Altında Tutmak
Sıcaklık Olmadan Buzu Basınç Altında Tutmak : Sıcaklık Uygulanmadan Basıncın Buzu Nasıl Eritebildiğine Dair Yeni Bir Yaklaşım
Araştırmacılar basıncın uygulanıp ardından uzaklaştırılması sırasında buzun nasıl eridiği ve tekrar katılaştığını daha iyi anlayabilmek için buzu ısıdan koruyabilecek bir yöntem geliştirildi. Yaklaşım, buzul hareketleri, korozyon ve yağlamayı içeren fiziksel prosesler içerisinde basıncın sebep olduğu erimeye yeni bakış açıları getirebilir.
Yüzyıllardır basınca bağlı olarak buzun çözünmesi ve tekrar donması bilim adamlarını çok etkilemiştir. Lord Kelvin olarak bilinen James ve William Thomson tarafından yapılan bir telin bir buz kalıbını bozmadan içerisinden geçişini içeren bir 19. yüzyıl deneyi bir ders kitabı metni ve eğlenceli bir sınıf etkinliği haline gelmeye başlamıştır. Fakat basıncın yanı sıra, proseste ısı iletimi ve sürtünme etkisi gibi termal etkiler basıncın gerçek rolünün belirlenmesini zorlaştırmaktadır.
Bugünlerde Kai Sotthewes, Panteelis Bampoulis ve Hollanda Twente Üniversitesi’ndeki meslektaşları, basıncın erimeye nasıl sebep olduğunu tam olarak keşfetmek için sıcaklığı tek iki buyutlu buz katmanından uzağa yönlerdirmek üzere grafeni kullanmışlardır. Bampoulis’e göre çalışmaları Thomson’un deneyine iki boyutlu ve sınırlı buz ekleyerek deneyi genişletmekte ve çevresel etkinin ayrıştırılmasıyla bir adım öteye geçmektedir.
Ekip ilk olarak mineral muskovit ile grafen arasında su ile bir tabaka oluşturarak suyu sıkıştırdı. Muskovit hidrofilik bir malzeme olduğundan dolayı havaya maruz kaldığında üzerinde bir su tabakasının oluşmasına izin vermektedir. Grafen yaprakları en üste yerleştirildiği zaman grafenin iletkenlik özelliklerinden dolayı su sınırlandırılmakta ve çevreden termal olarak izole edilmektedir. Numunelerin düşük neme maruz kalmasından dolayı malzeme üzerinde buharlaşma ve bununla birlikte ısı kaybının gerçekleşmesiyle suyun buza dönüşmesi sağlanmıştır.
Taramalı probe mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu ucu ayarlanabilir bir dış basınç sağladığı zaman sıkıştırılmış buz kristallerini resimlemek için kullanılmıştır. Ekip oda sıcaklığında atmosfer basıncının 60000 katı olan 6 GPa ve üzeri basınç altında buzun sıvı faz benzeri bir faza eridiğini keşfetmişlerdir. Basınç uzaklaştırıldığında su tekrar donmaktadır. Daha ileri deneylerde sıcaklık arttırıldığı zaman buzun erimesi için gerekli olan kritik basıncın azaldığı ortaya konulmuştur.
Sıvı benzeri tabakanın kalınlığının buz tabakasından daha kalın olması araştırmacıları şaşırtmıştır. Sotthewes bu kalınlık farkına yönelimsel düzensizlikler ve OH bağlarının değişmesinin, yalnızca 70 pikometrenin dakika farkının ise buzdaki su moleküllerinin polarizasyonun sebep olduğunu açıklamıştır.
ABD Nebraska-Lincoln Üniversi’nden su ve buzun kimyasını araştıran Xiao Zeng’e göre buzun erimesi üzerindeki basınç etkisinin sıcaklık etkisinden ayrılması, sıkıştırılmış buz için kolay elde edilebilen bir başarı olmadığını açıklamıştır. Xiao Zeng özellikle önceki bilgisayar simülasyonunda görülen fakat sıcaklığı kontrol edilen bir olay olan sıvı benzeri bir katmanı gördünde heyecanlandığını dile getirmiştir.
Kaynak : chemistryworld.com
