Su aşırı soğutulduğunda iki farklı sıvıya dönüşüyor ve artık bu gizemi çözmeye başlıyoruz

Su çok soğuduğunda, moleküller hala sıvı kalırken daha büyük yapılar halinde bir araya gelebilir. Bu iki şekilde gerçekleşebilir, bu da çok farklı yoğunluktaki sıvıların ayrılmasına yol açar. Yeni araştırmalar, bu süper moleküllerin formlarına ve her bir sıvının tabiatı hakkında ne söylediğine ışık tutuyor.

Donma noktasının çok altındaki su için iki sıvı faz fikri 30 yıldan uzun bir süre önce önerildi, lakin o sırada kanıtlanamamıştı. İki yıl önce kullanılan muazzam ölçüde bilgisayar vakti, modellemenin fikri desteklemesini sağladı.

Ancak suyun kendisini bu evrelerde nasıl düzenlediğine dair detaylar (donmayı önlemek için son derece saf olması gereken suyun kendisinden farklı olarak) hala tam olarak bariz değildi. Şimdi, Nature Physics’teki yeni bir makale kimi yanıtlar veriyor.

Suyun yalnızca iki elementten oluştuğu ve moleküllerinin yalnızca üç atomdan oluştuğu düşünülürse, ortaya çıkan sonucun bu kadar karmaşık olması şaşırtan olabilir. Sıvı fazında katıdan daha ağır olması ve buzun yüzmesine izin vermesi, neredeyse günlük olarak karşımıza çıkmasa, suyun davranışı geri kalan çoğu hususla çok çelişkili olmasından ötürü neredeyse inanılamayacak bir şey.

Suyu donmadan donma noktasının altına soğuttuğunuzda işler daha da karışıyor. Bunun yapılabileceği gerçeği (suda kirlilik ya da kabının pürüzlülüğü yoksa) kusursuz gösteri görüntülerinin ortaya çıkmasını sağlıyor, fakat sıcaklıklar daha da soğudukça moleküler seviyede “aşırı soğutulmuş su” içinde hakikaten neler olup bittiği şimdi tam olarak çözülmüş değil.

Bilim insanları, aşırı soğutulmuş suyun yüksek ve düşük yoğunluklu sıvı fazları oluşturabildiğini gözlemlediler. Bunlar, döteryum aynıi sudaki hidrojen atomu sayısının değişmesiyle üretilen ağır sudan farklı. Suyun moleküler bileşimi benzer kalıyor, lakin yoğunluğu moleküllerin kendilerini nasıl düzenlediklerine bağlı.

Makaleye göre, aşırı soğutulmuş suyun yüksek yoğunluklu formu, moleküllerin kendilerini bir yonca düğümü ya da amatör sihirbazlar tarafından sevilen temaslı halkalar – Hopf bağlantısı – gibi birbirine dolandığı görülebiliyor.

Makale, “Sistem, düğümler ve ilişkiler oluşturarak hacmini aynı anda en aza indirebilir ve ağdaki bağların sayısını en üst seviyeye çıkarabilir” diyor. Bu ortada, daha önce şüphelenildiği gibi, düşük yoğunluklu sıvı faz, ortadaki boşluk, bu fazın ne kadar hafif olabileceğine katkıda bulunan, dolaşmamış su molekülleri halkalarını içeriyor.

Birmingham Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Andreas Neophytou yaptığı açıklamada, “Bu anlayış bize şimdi 30 yıllık bir araştırma sorunu olan şeye tamamen yeni bir bakış açısı sağladı ve umarım yalnızca bir başlangıç olacaktır” dedi.

Ne yazık ki şimdilik bu ölçümler için yalnızca bilgisayar modellerini kullanmamız gerekiyor ve şimdilik gerçek bir deneyden uzak benzeri gözüküyoruz. Tekrar de bu alanda yapılan atılımlar, suyun farklı ve karmaşık tabiatı hakkında çok daha fazlasını öğrenebileceğimiz heyecan verici bir periyoda doğru ilerliyor.