Su Moleküllerinde Yeni Faz: Hem Katı Hem de Sıvı Davranış Sergiliyor

Japonya’daki Tokyo Bilim Üniversitesi’nden araştırmacılar, suyun dar alanlara hapsedildiğinde aynı anda hem katı (buz) hem de sıvı gibi davrandığını keşfettiler. Bu olağanüstü davranış, su moleküllerinin yeni bir haliyle karşı karşıya olduğumuzu gösteriyor.

Normalde buz içinde bulunan su molekülleri düzenli ve sabit bir yapıya sahiptir. Sıvı suyun molekülleri ise sürekli hareket eder, bağlar kurar ve kırarlar. Ancak, araştırmacıların belirttiği bu yeni fazda moleküller, aynı anda iki farklı davranış sergiliyor: hem yerlerinde sabit kalıyorlar hem de kendi eksenleri etrafında hızlıca dönüyorlar. Bu durum, “ön-ergime hali” (premelting state) olarak tanımlanıyor.

Uzmanlar bu durumu, tamamen donmuş buz yapısının erime aşamasına geçmeden önce, kısmen donmuş su moleküllerinin çözülüp hareketlenmesiyle ortaya çıkan yeni bir su formu olarak açıklıyorlar. Bu fazda, donmuş yüzeylerle birlikte hareket eden su molekülleri, kendi yapısını koruyarak, hareketli ve aynı zamanda katı özelliklerini sürdürüyor.

Ağır Su ile Karmaşık Bir Deney Yapıldı: Yeni hali gözlemlemek üzere bilim insanları, normal su yerine “ağır su” (D₂O) kullandı. Bu su türünde, hidrojen yerine döteryum izotopu bulunan su molekülleri bulunur. Bu sayede, bu suyun davranışlarını daha net takip etmek mümkün oldu. Araştırmacılar, yalnızca 1,6 nanometre genişliğinde (bir insanın saç telinden milyonlarca kez daha ince) olan, hidrofonik kanallar içine bu ağır suyu hapsolttılar ve donma-çözülme süreçlerini, NMR spektroskopisi ile izlediler.

Çalışmanın sonunda, su moleküllerinin çok katmanlı ve hiyerarşik bir yapı oluşturduğu ve her katmanda farklı hareket biçimlerinin gözlemlendiği ortaya çıktı. Bu, suyun yeni fazında, farklı moleküler davranışların birlikte var olabildiğine işaret ediyor.

Doğada da Bu Durum Görülebilir: Günlük hayattan da örnekler ile bu durumun varlığı sezilebilir. Örneğin, buz yüzeyinde hava 0°C’nin altında olmasına rağmen, ince bir su tabakasının oluşması, aslında bu yeni fazın doğal bir yansımasıdır. Bilim insanları, laboratuvar ortamında gözlemlenen bu karmaşık durumu, dar alanlara hapsettiğimiz su kısımlarında görülen bir hali olarak tanımlar.

Gelecekte Enerji Depolamaya Dahi Açık Bir Kapı: Bu yeni su fazının potansiyel uygulama alanları ise oldukça geniş. Tadokoro ve ekibi, bu faz sayesinde hidrojen ve metan gibi enerji açısından zengin gazların depolanabileceğine inanıyor. Ayrıca, yapay su temelli gaz hidratlarının geliştirilmesiyle enerji depolama ve transferi alanında yeni imkanlar doğabilir.