Suyun Gizemli Yanını Amorf Buz Aydınlatabilir Mi?

Fotoğraf 1. Bilim insanları, 1 santimetre genişliğinde paslanmaz çelik topları standart buzla (gösterilen) düşük sıcaklıkta sallayarak yeni bir buz formu oluşturdular. Yeni buzun yoğunluğu ise sıradan sıvı suya yakın.

Buz küpleri suyun içinde yüzer çünkü yoğunlukları sıvıdan daha azdır. Ancak araştırmacıların 3 Şubat’ta Science dergisinde yayımladığı rapora göre, yeni keşfedilen bir buz türü, neredeyse su bardağınızdakine eşit bir yoğunluğa sahip. Eğer bu buzu hemen erimeden bardağınıza koyabilseydiniz ne yüzer ne de batar, etrafta sallanırdı.

Yeni buz, amorf buz adı verilen özel bir türdür. Bu, içindeki su moleküllerinin normal kristal buzda olduğu gibi düzgün bir biçimde düzenlenmediği anlamına gelir. Diğer amorf buz türleri zaten bilinmektedir, ancak bunların yoğunlukları, standart koşullar altında suyun yoğunluğundan ya daha düşük ya da daha yüksektir. Bazı bilim insanları, yeni yapılan bu amorf buzun suyun etrafında dönen bilimsel gizemlerin çözülmesine yardımcı olabileceğini umuyor.

Yeni buzu üretmek için bilim insanları şaşırtıcı derecede basit bir teknik kullandılar. Bilyeli öğütme olarak adlandırılan bu işlem, 77 Kelvin’e (yaklaşık -200° Santigrat) soğutulmuş bir buz kabının ve paslanmaz çelik bilyelerin sallanmasını içerir. Araştırmacılar merakla motive oldu; tekniğin yeni bir amorf buz üretmesini beklemiyorlardı. Londra Üniversitesi Akademisinden fiziksel kimyacı Christoph Salzmann, “Bu, bir tür cuma öğleden sonra fikrini denemek ve ne olacağını görmekti.” diyor.

X ışınlarının donmuş maddeden nasıl dağıldığına dair bir analiz, bunların amorf bir buz oluşturduğunu öne sürdü. Bilyeli öğütmenin etkilerini taklit eden bilgisayar simülasyonları, topların uyguladığı kuvvetlere tepki olarak rastgele yönlerde birbirinin üzerinden kayan buz katmanları tarafından düzensiz bir yapının üretilebileceğini ortaya çıkardı.

Araştırmada yer almayan Stockholm Üniversitesi’nden kimyasal fizikçi Anders Nilsson, “Bir bilim insanı olarak beklenmedik durumlara karşı açık olmalısınız.” diyor. Bilyeli öğütme tekniğinin “oldukça yenilikçi” olduğunu söylüyor.

Fotoğraf 2. Bilgisayar simülasyonları, buz düşük sıcaklıkta paslanmaz çelik bilyelerle birlikte çalkalandığında normal kristal buzun (solda) yapısının nasıl düzensiz bir katıya dönüşebileceğini ortaya çıkardı. Simülasyonda buz katmanları rastgele kaydırıldıkça, su molekülleri (kırmızı ve gri), amorf buz (sağda) adı verilen karmakarışık bir yapı halinde yeniden düzenlendi.

Malzeme normal buzun ezilmesiyle yapıldığından sıvı suyla ilişkisi bilinmiyor. Sıvı suyun soğutulmasıyla doğrudan üretilip üretilemeyeceği belli değil. Amorf buzların hiçbiri sıvı halleriyle bu bağlantıya sahip değildir.

Yeni buzun sıvıyla bu bağlantısı varsa buz, bilim insanlarının suyun tuhaflıklarını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Su kafa karıştırıcı çünkü sıvılara ilişkin normları hiçe sayıyor. Örneğin çoğu sıvı soğudukça yoğunlaşırken, su 4°C’ye yaklaştıkça yoğunlaşır daha da soğutuldukça ise yoğunluğu azalır.

Pek çok bilim insanı suyun tuhaflığının, aşırı soğutulmuş bir sıvı olarak davranışıyla bağlantılı olduğundan şüpheleniyor. Saf su, donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvı olarak kalabilir. Bu koşullar altında sıvı suyun, yüksek yoğunluklu sıvı ve düşük yoğunluklu olmak üzere iki farklı fazda var olduğu ve bu ikili yapının, suyun daha tipik koşullardaki davranışını açıklayabileceği düşünülmektedir. Ancak bu fikirle ilgili pek çok şey belirsizliğini koruyor.

Salzmann ve meslektaşları yeni buzun, suyun cam adı verilen özel bir formu olabileceğini öne sürüyorlar. Camlar, bir sıvının, moleküllerin kristal bir yapı halinde yeniden düzenlenemeyeceği kadar hızlı soğutulmasıyla yapılabilir. Pencere camındaki cam, erimiş silis kumunun soğutulmasıyla yapılan bu tür malzemelerin bir örneğidir, ancak diğer maddeler de cam oluşturabilir.

Eğer yeni buz, suyun cam haliyse, bilim insanlarının onun ikili sıvı görünümüne nasıl uyduğunu bulmaları gerekecek. Ve bu, bilim insanlarının, çalışılması zor olan aşırı soğumuş koşullarda gerçekte neler olup bittiğini anlamalarına yardımcı olabilir.

Ancak bazı araştırmacılar yeni malzemenin sıvı suyun tuhaf fiziğiyle herhangi bir bağlantısı olmadığından şüpheleniyor. Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi’nden fiziksel kimyacı Thomas Loerting bu buzun, suyun sıvı formundan ziyade “çok küçük, çarpık buz kristalleriyle yakından ilişkili” olduğunu düşünüyor.

Yine de New York Şehir Üniversitesi Brooklyn Koleji’nden hesaplamalı fizikçi Nicolas Giovambattista, daha önceki bilgisayar simülasyonlarının, suyun sıvı suya yakın yoğunluk aralığında camlar oluşturabileceğini öne sürdüğünü söylüyor. Yeni araştırmada yer almayan Giovambattista, bu simülasyonların buzun bilyeli öğütülmesiyle ilgili bilgisayar simülasyonunda görülenlere benzer yapılar ürettiğini söylüyor. “Yeni sorulara kapılar açıyor. Yeni, peki nedir bu?”

Kaynak: sciencenews.org