X-RAY DENEYLERİ SIVI SUYUN İKİ FARKLI TÜRÜ OLDUĞUNU TESPİT ETTİLER
(Resimde, bir sanatçının farklı yoğunluklu ultra-viskoz sıvı suya ait iki formu izlenimi verilmektedir. Arka planda, çok düşük sıcaklıklarda suyun basınçlandırılmasıyla üretilen yüksek yoğunluklu amorf buzun gerçek verilerinden alınan x-ışını benek lekeleri deseni tasvir edilmiştir.)
“En garip bildiğimiz su, düşündüğümüzden daha sıradışı”
Sıvı su iki farklı biçimde olabilir - en azından çok düşük sıcaklıklarda. Bu, Stockholm Üniversitesinin başında bulunduğu uluslararası bir araştırmacılar ekibi tarafından gerçekleştirilen X-Ray ölçümlerinden elde edilen sonuçtur. Deneyler Hamburg'da DESY'de ve ABD'de Argonne Ulusal Laboratuarda gerçekleştirildi ve şimdi Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda (PNAS) rapor edildi.
Anders Nilsson liderliğindeki bilimsel ekip, amorf buz üzerinde çalışıyordu. Dondurulmuş su şeklindeki bu yapı yıllardır biliniyordu. Bu formdaki su buzu günlük yaşantımızda veya doğada normal koşullar altında karşımıza çıkmaz. Buna rağmen, evrendeki su buzunun büyük kısmı amorf formunda bulunmaktadır. Dondurucudan alınan bir buz küpünde olduğu gibi katı bir kristal oluşturmak yerine, amorf buz, su moleküllerinin düzensiz dizilmesinden oluşur; sıvı suyun içyapısına daha yakındır. Amorf buz; sıvı suyun hızla soğutulmasıyla moleküllerin bir kristal kafes oluşturmak için yeterli zamana sahip olmadıklarında üretildiği gibi, aynı zamanda laboratuardaki basınç amorfizmasının yanı sıra bu olay dış uzayda da oluşur.
Stockholm Üniversitesi'nden Kimyasal Fizik profesörü Anders Nilsson, "Dikkat çeken yeni özellik, suyun buz kristalleşmesinin yavaş olduğu düşük sıcaklıklarda iki farklı sıvı olarak var olduğunu bulduk" dedi. Suyun anlaşılmasındaki atılım, Chicago yakınlarındaki Argonne Ulusal Laboratuarı'nda X-ışınları kullanan çalışmaların kombinasyonu ile mümkün olmuştur, burada iki farklı statik yapı yüksek çözünürlükte ve Hamburg'daki geniş X-ışını laboratuarı DESY'de karakterize edildi. Burada suyun dinamikleri incelenecek ve iki durumun gerçekten de sıvı fazlar olduklarını gösterebilecekti. Bu, en azından çok düşük sıcaklıklarda olmak üzere, şüphelenilen iki sıvı suyun varlığını ortaya koymaktadır. Son derece düşük sıcaklıktaki su çok viskoz olup, iki sıvı fazın sadece birbirine dönüştüğü ve sadece çok yavaş karıştığı söylenebilir. Bu sayede süreç gözlemlenebilir.
Araştırmanın iki ana yazarından biri olan Fivos Perakis ve Katrin Amann-Winkel; "Farklı zamanlarda moleküller arasındaki göreli konumları belirlemek için röntgen ışınları kullanmak çok heyecan verici" diyor. "İki faz arasında düşük sıcaklıklardaki numunenin dönüşümünü izleyebildik ve sıvılarda tipik olarak difüzyon olduğunu gösterdik" dedi.
(Sıvı suyun iki çeşidi vardır: Yüksek yoğunluklu sıvı (HDL) ve düşük yoğunluklu sıvı (LDL) şimdi çok düşük sıcaklıklarda gözlemlenmekle birlikte şişelenemez. Fotoğraf: Gesine BORN, DESY)
Stockholm Üniversitesi Teorik Kimya Fiziği profesörü Lars G.M. Pettersson, "Yeni sonuçlar, oda sıcaklığında ki suyun iki formdan hangisinde olması gerektiğine karar veremediği bir tabloya çok ciddi manada destek verir, yüksek veya düşük yoğunluk, bu iki bölge arasında yerel dalgalanmalara neden olur" diyor. "Özetle: Su komplike bir sıvı değil, karmaşık bir ilişki olan iki basit sıvı dır."
Bu yeni sonuçlar, yalnızca farklı sıcaklık ve basınçtaki suyun genel bir anlayışının yanı sıra, suyun yaşam için önemli olan tuzlar ve biyomoleküllerden nasıl etkilendiğini de ortaya çıkarmaktadır. Buna ek olarak, artan su anlayışı, gelecekte suyun arıtılması ve tuzdan arındırılmasına ilişkin yeni anlayışlara yol açabilir. Bu, küresel iklim değişikliği açısından insanlığın önündeki en büyük zorluklardan biri olacaktır.
Bu çalışmalar Stockholm Üniversitesi tarafından yönetildi ve Stockholm'de KTH Kraliyet Enstitüsü, Hamburg'da DESY, Innsbruck Üniversitesi ve ABD'de Argonne Ulusal Laboratuarı dahil olmak üzere bir işbirliği içeriyordu.
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
Kaynak: Stockholms Universitet
Yayınlama tarihi: 06.07.2017
Referanslar
Referans: Amorf buzda yüksek ila düşük yoğunluk geçişinde difüziv dinamikler Fivos Perakis, Katrin Amann-Winkel, Felix Lehmkühler, Michael Sprung, Daniel Mariedahl, Jonas A. Sellberg, Harshad Pathak, Alexander Späh, Filippo Cavalca, Daniel Schlesinger, Alessandro Ricci, Avni Jain, Bernhard Massani, Flora Aubree, Chris J. Benmore, Thomas Loerting, Gerhard Grübel, Lars G. M. Pettersson and Anders Nilsson; Proceedings of the National Academy of Sciences (Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı), 2017; DOI: 10.1073/pnas.1705303114