Su tuhaftır. Yeni bir buz türü, nedenini anlamamıza yardımcı olabilir

Buz küpleri sıvıdan daha az yoğun oldukları için suda yüzerler. Ancak araştırmacıların 3 Şubat Science dergisindeki raporuna göre, yeni bulunan bir buz türü, su bardağınızdakine neredeyse eşit bir yoğunluğa sahip. Bu buzu hemen erimeden bardağınıza koyabilseydiniz, ne yüzer ne de batar, etrafta sallanırdı.

Yeni buz, şekilsiz buz adı verilen özel bir türdür. Bu, içindeki su moleküllerinin normal kristal buzda olduğu gibi düzgün bir düzende düzenlenmediği anlamına gelir. Diğer şekilsiz buz türleri zaten bilinmektedir, ancak standart koşullar altında suyun yoğunluğundan daha düşük veya daha yüksek yoğunluklara sahiptirler. Bazı bilim adamları, bu yeni yapılmış şekilsiz buzun suyun etrafında dönen bilimsel gizemleri çözmeye yardımcı olabileceğini umuyor.

Bilim adamları yeni buzu üretmek için şaşırtıcı derecede basit bir teknik kullandılar. Bilyalı öğütme adı verilen bu işlem, 77 kelvine (yaklaşık -200° Santigrat) soğutulmuş bir buz kabı ve paslanmaz çelik bilyelerin sallanmasını içerir. Araştırmacılar merakla motive edildi; tekniğin yeni bir şekilsiz buz üretmesini beklemiyorlardı. University College London’dan fiziksel kimyager Christoph Salzmann, “Sadece denemek ve ne olacağını görmek için sahip olduğumuz bir tür Cuma öğleden sonra fikriydi” diyor.

Ayaz maddeden yayılan X-ışınlarının analizi, şekilsiz bir buz oluşturduklarını gösterdi. Ve bilyeli öğütmenin etkilerini taklit eden bilgisayar simülasyonları, topların uyguladığı kuvvetlere tepki olarak rastgele yönlerde birbirinin yanından kayan buz katmanları tarafından düzensiz bir yapının üretilebileceğini ortaya çıkardı.

Araştırmaya dahil olmayan Stockholm Üniversitesi’nden kimya fizikçisi Anders Nilsson, “Bir bilim adamı olarak beklenmedik durumlara açık olmalısınız” diyor. Bilyalı frezeleme tekniği, “yapılması oldukça yenilikçiydi” diyor.

Bilgisayar simülasyonları, normal kristal buzun (solda) yapısının, buz düşük sıcaklıkta paslanmaz çelik bilyalarla birlikte çalkalandığında nasıl düzensiz bir katıya dönüşebileceğini ortaya çıkardı. Simülasyonda buz katmanları rastgele kaydırılırken, su molekülleri (kırmızı ve gri) şekilsiz buz (sağda) adı verilen karmakarışık bir karmaşa halinde yeniden düzenlendi.Cambridge Üniversitesi

Malzeme normal buzun ezilmesiyle yapıldığından, sıvı su ile ilişkisi bilinmemektedir. Sıvı suyun soğutulmasıyla doğrudan üretilip üretilemeyeceği belli değil. Tüm amorf buzlar, sıvı halleriyle bu bağlantıyı paylaşmaz.

Yeni buzun sıvıyla bu bağlantısı varsa, buz bilim adamlarının suyun tuhaflıklarını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Su, sıvı normlarını çiğnediği için kafa karıştırıcıdır. Örneğin, çoğu sıvı soğuduğunda yoğunlaşırken, su 4°C’ye yaklaştıkça yoğunlaşır, ancak daha fazla soğutuldukça yoğunluğu azalır.

Birçok bilim adamı, suyun tuhaflığının aşırı soğutulmuş bir sıvı olarak davranışına bağlı olduğundan şüpheleniyor (SN: 28.9.2020). Saf su, donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda sıvı halde kalabilir. Bu koşullar altında, sıvı haldeki suyun yüksek yoğunluklu sıvı ve düşük yoğunluklu sıvı olmak üzere iki farklı fazda var olduğu ve bu ikili yapının suyun daha tipik koşullar altındaki davranışını açıklayabileceği düşünülmektedir (SN: 11/19/20). Ancak bu fikir hakkında pek çok şey belirsizliğini koruyor.

Salzmann ve meslektaşları, yeni buzun cam adı verilen özel bir su formu olabileceğini öne sürüyorlar. Camlar, bir sıvının yeterince hızlı bir şekilde soğutulmasıyla yapılabilir, böylece moleküller bir kristal yapıya yeniden düzenlenemez. Bir pencere camındaki cam, erimiş silis kumunun soğutulmasıyla yapılan bu tür malzemeye bir örnektir, ancak başka maddeler de cam oluşturabilir.

Eğer yeni buz suyun cam haliyse, bilim adamlarının bunun ikili sıvı resmine nasıl uyduğunu çözmeleri gerekir. Ve bu, bilim insanlarının üzerinde çalışılması zor aşırı soğutulmuş koşullarda gerçekten neler olup bittiğini anlamalarına yardımcı olabilir.

Ancak bazı araştırmacılar, yeni malzemenin sıvı suyun tuhaf fiziğiyle herhangi bir bağlantısı olduğundan şüpheleniyor. Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi’nden fiziksel kimyager Thomas Loerting, buzun suyun sıvı halinden 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 bir dizi yoğunlukta cam oluşturabileceğini öne sürdüğünü söylüyor. Yeni araştırmaya dahil olmayan Giovambattista, bu simülasyonların bilyalı öğütme buzunun bilgisayar simülasyonunda görülenlere benzer yapılar ürettiğini söylüyor. “Yeni sorular için kapılar açıyor. Yeni, peki nedir?”