Su Moleküllerinin Potansiyel Enerji Haritası Çıkarıldı
Sıvıları anlatmak gazları ya da kristal katıları anlatmaktan daha zordur. HZB’den bir ekip, Paul Scherrer Enstitüsü’nün İsviçre Işık Kaynağı (SLS)’nda uygun şartlar altında sıvı su moleküllerinin potansiyel enerjilerinin haritasını ilk kez çıkardılar. Bu sulu çözeltilerde suyun kimyasını anlamak için iyi olanaklar sağlayan bir haritadır. Bu araştırmalara X-ışını kaynağı BESSY II ‘de yeni inşa edilen METRICS istasyonunda devam edilecektir.
Su, Dünya’da en iyi bilinen sıvıdır. Birçok kimyasal ve biyolojik proseste kritik rol oynar. Su molekülleri kolay anlaşılabilirdir. Okullarda çoktandır öğrendiğimiz gibi su molekülleri bir oksijen, iki hidrojen molekülünden oluşur. O ve H atomları arasındaki geniş açıyı da zaten biliyoruz. Ayrıca suyun hangi sıcaklıkta donduğunu ya da kaynadığını ve bunlar olurken yaşanan faz değişimlerinin basınçla ilişkisini de öğrendik. Ancak moleküllerin bireysel ve makro yapılardaki davranışlarını çözümlemeye gelince çok zorlanıyoruz: Sıvı suda moleküllerin bireysel davranışlarıyla ilgili sadece istatiksel bilgimiz var; su molekülünün sıvı fazında düzensiz, yoğun, dalgalı hidrojen bağına sahip olması gibi. Nitekim bu moleküller arası etkileşimler, gazlarınki kadar iyi anlaşılmamaktadır. Dolayısıyla saf sıvılar araştırılmaya başlanmıştır.
Sıvı Saf Su İncelendi
HZB fizikçisi Dr. Annette Pietzsch liderliğindeki bir ekip, oda sıcaklığında ve normal basınçta sıvı saf suyu daha yakından inceledi. Bilim insanları, Paul Scherrer Enstitüsü‘nün İsviçre Işık Kaynağı‘ndaki X–ışını analizini ve istatistiksel modellemeyi kullanarak, çevresel koşullara bağlı olarak şekillenen, bireysel su moleküllerinin minimum seviyedeki sözde potansiyel enerji yüzeylerini haritalamayı başardılar.
Salınımlar ve Titreşimler Ölçüldü
Pietzsch, “Metodun en önemli kısmı; su moleküllerinin belirli bir bölgesinde esnek olmayan, rozanans X-ray ışınıyla saçılım yaparak bunu incelemektir. Basit bir ifadeyle, biz molekülleri dikkatlice uyardık ve sonrasında onların minimum seviyeye nasıl geri düştüklerini ölçtük” dedi. Düşük enerjili uyarılarla salınım ve titreşimler oluştu, bu da örnek hesaplamamalarla birleştirilerek, potansiyel yüzeylerin detaylı resmini oluşturdu.
Pietzch, “Bu metot bize fonksiyonel yapıdaki molekülün enerjisini deneysel olarak gösterir. Sonuçlar; suyun, çözücüyken nasıl davrandığını anlamak gibi, kimyasını aydınlatmada bize yardımcı olur” dedi.
Gözler BESSY II, METRIXS’de
Sonraki deneylerin HZB‘deki BESSY II X-ışını kaynağında yapılması planlandı. Orada, Annette Pietzsch ve ekibi, RIXS deneyleriyle sıvı numuneleri araştırmak için özel olarak tasarlanmış olan METRIXS ölçüm istasyonunu kurdu. “Bakım çalışmaları nedeniyle yaz aylarında kapanan BESSY II’de, kapanmanın bitmesinden sonra, ilk cihazlarımızı test ederek başlayacağız. Ve sonra çalışmalara devam etmeyi hedefliyoruz.”
Kaynak : sciencedaily.com
