Su Moleküllerinin Gizemi: Aşırı Soğutulmuş Su ve Süper Moleküller
Su, doğanın en ilginç maddelerinden biridir ve özellikle soğuduğunda gösterdiği davranışlar, bilim insanları için merak uyandıran bir araştırma konusu olmuştur. Moleküller, sıvı kalmaya devam ederken daha büyük yapılar halinde bir araya gelebilir. Bu süreç, çeşitli yoğunluklarda sıvıların ayrışmasına neden olabilir. Son dönemde yapılan araştırmalar, bu süper moleküllerin şekillerinin yanı sıra, her bir sıvının doğasına dair önemli bilgiler sunmaktadır.
Donma noktasının çok altındaki su için iki sıvı faz fikri 30 yılı aşkın bir süre önce ortaya atılmış olsa da, o dönemde yeterli kanıt elde edilememişti. Ancak, iki yıl önce gerçekleştirilen kapsamlı bilgisayar simülasyonları, bu fikri destekleyici veriler sağladı. Öte yandan, suyun bu evrelerde nasıl organize olduğu, özellikle de son derece saf su örneklerinde daha net bir şekilde belirlenememişti. Şimdi ise, Nature Physics dergisinde yayımlanan yeni bir makale, bu sorulara yanıt arayışında önemli adımlar atmaktadır.
Su, yalnızca iki elementten oluşmasına ve moleküllerinin sadece üç atomdan meydana gelmesine rağmen, ortaya çıkan sonuçlar son derece karmaşık bir yapıya sahiptir. Sıvı fazın katıdan daha yoğun olması ve bu durumun suyun buzun üzerinde yüzmesine olanak tanıması, günlük yaşamda sıkça karşılaşmadığımız bir durumdur. Bu nedenle suyun davranışları, diğer maddelerle karşılaştırıldığında oldukça çelişkili bir hal alır.
Aşırı soğutulmuş su ile ilgili süreçler, donma noktasının altına soğutulduğunda daha da karmaşık hale gelir. Bu durum, suyun kirlilik veya kapların pürüzlülüğü olmadığı takdirde, muazzam gösteri videolarının ortaya çıkmasına neden olur. Ancak, sıcaklıklar düştükçe moleküler düzeyde “aşırı soğutulmuş su” içinde neler olduğu henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bilim insanları, aşırı soğutulmuş suyun yüksek ve düşük yoğunluklu sıvı fazlar oluşturabildiğini gözlemlemişlerdir.
Bu fazlar, döteryum gibi sudaki hidrojen atomu sayısının değişmesiyle elde edilen ağır sudan farklıdır. Suyun moleküler bileşimi aynı kalırken, yoğunluğu moleküllerin kendilerini nasıl organize ettiğine bağlı olarak değişir. Makaleye göre, aşırı soğutulmuş suyun yüksek yoğunluklu formu, moleküllerin kendilerini bir yonca düğümü veya amatör sihirbazların sevdiği bağlantılı halkalar – Hopf bağlantısı – gibi bir araya getirerek organize olmasını sağlamaktadır. Makalede, “Sistem, düğümler ve bağlantılar oluşturarak hacmini aynı anda en aza indirebilir ve ağdaki bağların sayısını en üst düzeye çıkarabilir.” ifadesine yer verilmiştir.
Öte yandan, daha önce şüphelenildiği gibi, düşük yoğunluklu sıvı faz, sıvının ortasında bulunan boşluk ile karakterizedir. Bu faz, dolaşmamış su moleküllerinin halkalarını içermektedir ve bu durum, düşük yoğunluklu fazın hafif olmasına katkıda bulunmaktadır. Birmingham Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Andreas Neophytou, bu konuyla ilgili olarak “Bu anlayış, bize 30 yıllık bir araştırma sorununa tamamen yeni bir bakış açısı sağladı ve umarım bu sadece bir başlangıçtır.” şeklinde bir açıklama yapmıştır.
Ne yazık ki şu aşamada, bu ölçümler için yalnızca bilgisayar modellerine güvenmek zorundayız ve gerçek bir deney gerçekleştirmek oldukça uzak görünmektedir. Bununla birlikte, bu alandaki ilerlemeler, suyun ilginç ve karmaşık doğası hakkında daha fazla bilgi edinme potansiyelini beraberinde getiren heyecan verici bir döneme doğru ilerliyor.
