Her şeye "buz gibi soğuk" diyoruz ama bu tanımın tam anlamı aslında sorgulanabilir. Suyun donma noktası, okulda bilim hakkında öğrendiğimiz ilk şeylerden biridir: 0°C. Yine de okulda öğrendiğimiz pek çok şey gibi, bu konu da başlangıçta bize öğretildiğinden daha karmaşık. Aslında suyun birçok donma noktası var ve donması için genellikle 0°C'nin çok altında sıcaklıklar gerekir. Şimdi ise, sıvı kalırken suyun ne kadar soğuk olabileceği konusunda yeni bir rekor kırıldı. Bu araştırma sürecinde kazanılan bilgi, organ naklinden havacılığa kadar pek çok uygulama alanına sahip olabilir.
0°C'nin altında, suyun hala donabileceği bir çekirdeklenme alanına ihtiyacı vardır. Çok saf, durgun su çekirdeklenme bölgelerinden yoksundur ve 0°C altındaki sıcaklıklara donmadan soğutulabilir. Bu durum daha önce de Dünya'nın karmaşık bir yer olduğunu kanıtlamak isteyenler için popüler bir örnek olarak karşınıza çıkmış olabilir. Ancak, yeterince soğutursanız saflık bile suyun donmasını engelleyemez.
Houston Üniversitesi'nden Dr. Hadi Ghasemi, aşırı soğutulmuş suyun ne zaman donacağını belirleyen faktörleri araştırıyor. Bu süreçte, Ghasemi ve meslektaşları Nature Communications'da en soğuk sıvı su rekorunu kırdıklarını duyurdular. Bu sıcaklık, şaşırtıcı bir şekilde -44°C olarak kaydedildi. Yani, önceki rekor kaydının 6°C altına ulaşıldı.
Gahsemi'nin yeni rekoru kırmak için kullandığı su damlaları görülemeyecek kadar küçüktü ve sadece birkaç nanometre çapındaydı. Gashemi, "birkaç nanometre boyutundaki su damlacığının donma sıcaklığının deneysel olarak araştırılması, çözülmemiş bir zorluk olmuştur. Burada, yeni geliştirilen metrolojiler sayesinde, su damlacıklarının mikron ölçeğinden 2 nanometre ölçeğine kadar donmasını araştırabildik" diyor. Makaleye göre sorun, küçük su damlacıklarının ya buharlaşacak ya da bir araya toplanacak olması, bu da onları ayrı ayrı incelemeyi zorlaştırıyor.
Ghasemi, "Bir su damlası yumuşak bir arayüzle temas halindeyse, donma sıcaklığının sert yüzeylerden önemli ölçüde düşük olabileceğini bulduk" diyor.
Yazarlar, yağla çevrili alüminyum oksit membran gözeneklerine çeşitli boyutlarda damlacıklar koydular ve donma noktasında 10 ile 2 nanometre arasında büyük farklılıklar olduğunu bildirdiler.
Yağ olmadan, zar duvarları çekirdeklenme bölgeleri gibi davrandı ve damlacıklar 0°C veya buna yakın bir sıcaklıkta dondu. Ancak, yağdan gelen basıncın ve sert bir yüzeyin olmaması damlaları sıvı tuttu.
Önceki araştırmalar, sıvı sudan kristal buz oluşturmak için en az 275 molekül gerektiğini gösteriyordu. Çapı 2 nanometreden önemli ölçüde daha küçük olan damlacıklar, buz kristalleri oluşturacak moleküllerden yoksundur ve bu damlacıkların çekirdeklenmek için -183 ila -158°C sıcaklıklara ihtiyaç duydukları bulunmuştu, ancak bu kadar küçük bir şeyin sıvı olarak kabul edilmesinin tartışmalı olduğu da söylenebilir.
Suyun donma noktasının esnekliğinin gerçek dünyada kullanılabilecek sonuçları da bulunuyor. Soğuk kışları atlatmanın zorluğuyla karşı karşıya kalan bazı hayvanlar, kendi antifriz kimyasallarını üretir veya ısınmak için vücutlarındaki besinleri yakar. Bazıları ise donmalarına izin verir, ancak normalde içeride buz kristalleri oluştuğunda olduğu gibi hücrelerinin yırtılmaması için bunu kendi belirledikleri şekilde yapar. Ağaç kurbağaları bu sanatın ustalarıdır, ancak bunu nasıl yaptıkları tam olarak anlaşılamamıştır.
Başarılı bir taklit, hastanelerin zaman baskısı altında nakil yapmak yerine organları dondurmasına veya uçak kanatlarındaki buz oluşumunu kontrol etmeye imkan sağlayabilir. Kendimiz suyu bu kadar düşük sıcaklıklara soğutmasak bile, bunun nasıl oluştuğunu anlamak, bulut oluşumunun modellenmesini ve dolayısıyla hava ve iklim tahminlerini de iyileştirebilir...
Kaynak: Chip Online