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 ortaya gelebilir. Bu iki formda gerçekleşebilir, bu da çok farklı yoğunluktaki sıvıların ayrılmasına yol açar. Yeni araştırmalar, bu üstün 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 müddet evvel önerildi, lakin o sırada kanıtlanamamıştı. İki yıl evvel 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 besbelli değildi. Artık, Nature Physics'teki yeni bir makale birtakım karşılıklar 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 müsaade vermesi, neredeyse günlük olarak karşımıza çıkmasa, suyun davranışı geri kalan birçok unsurla çok çelişkili olmasından ötürü neredeyse inanılamayacak bir şey.

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

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

Makaleye nazaran, çok soğutulmuş suyun yüksek yoğunluklu formu, moleküllerin kendilerini bir yonca düğümü yahut amatör sihirbazlar tarafından sevilen irtibatlı halkalar - Hopf bağlantısı - üzere birbirine dolandığı görülebiliyor.

Makale, "Sistem, düğümler ve kontaklar oluşturarak hacmini tıpkı anda en aza indirebilir ve ağdaki bağların sayısını en üst seviyeye çıkarabilir" diyor. Bu ortada, daha evvel şüphelenildiği üzere, 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 şu anda 30 yıllık bir araştırma sorunu olan şeye büsbütün 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 üzere gözüküyoruz. Yeniden de bu alanda yapılan atılımlar, suyun değişik ve karmaşık tabiatı hakkında çok daha fazlasını öğrenebileceğimiz heyecan verici bir periyoda hakikat ilerliyor.