Buzdaki gizemlerin çözülmesi

Singapur ve Çin'deki bilim adamları basınç altında buzun sıra dışı özelliklerinin, bağ yapan ve bağ yapmayan elektron çiftleri arasındaki Coulomb itmesinden kaynaklandığını söylüyor.

Donmuş su, basınç altında diğer materyallerden farklı davranır. Buz anormal derecede düşük sıkıştırılabilirlik özelliğine sahiptir ve uygulanan basınç faz geçişleri için kritik sıcaklığı arttırmak yerine düşürür. Bu anormallikler yıllardır bilim adamları için kafa karışıklığına sebep olmuştur ve bunların tatmin edecek düzeyde modellenmesi büyük bir zorluk olarak araştırmacıların karşısına çıkmıştır.

Yakın zamanda, Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden  Chang Sun ve Jilin ve Xiangtan Üniversitelerindeki meslektaşları  ile birlikte doğru bir şekilde bu özellikleri simule edebilmek için yeni bir metot geliştirdiler. Onların çalışması bu davranışın fiziksel temelini açığa kavuşturmada yardımcı oldu.

Onların modelinin anahtarı; buzun temel yapısal birimi olarak O…H-O yu dikkate almalarıdır. Sol taraftaki oksijen ortaklanmamış elektron çiftini kullanarak hidrojen bağı oluşturur ve bu şekilde hidrojen etrafındaki elektron yoğunluğunu kutuplaştırır. Aynı anda diğer taraftaki hidrojen, elektronunu sağ taraftaki oksijenle paylaşır ve gerçek bir bağ oluşturur.

Buzun aşırı derecede düşük sıkıştırılabilirlik özelliği ve uygulanan basıncın faz geçişleri için kritik sıcaklığı arttırması yerine düşürmesi bilim adamlarının kafasını karıştırmıştır.

Sun'ın modeli yaygın olarak kullanılan bükülmez, polarize olmayan modellere göre daha iyi çalışır. İspanya'da Madrid Compulense Universitesi’nde su ve buzun teorik kimyası alanında uzman olan Jose Abascal’a göre; bu tür modeller 'sabit bir moleküler geometriye sahiptir bu yüzden onlar doğal olarak moleküler geometrideki değişimleri açıklayamazlar.' Bu bükülmez modeller ' sabit bağ uzunluğu ve bağ açısına sahip iki adet nokta yükü şeklinde ifade edilebilir. Fakat  uygulanan etki ile açı, uzunluk ve hidrojen bağının enerjisi ile elektron kutuplaşması ile ilgili değişimler vardır.

Sun'ın çalışmaları sonucu ortaklanmamış çift ve bağ çifti arasındaki itme O…H daki hidrojen bağının toplam bağı kısalttığı ve O-H grubundaki bağın toplam bağı uzattığı anlaşılmıştır. Yeterince yüksek basınçta, hidrojen bağı ve gerçek bağ uzunluğu eşit duruma gelir. Gerçek bağın bağlanma enerjisindeki değişim ağır basar ve bağ uzarken ve zayıflarken fiziksel miktarlardaki gözlenebilen etkilere sebep olur.

Sun şimdi donan suyun neden genişlediğini içeren ve buzun başka anormaliklerini çözebilecek çalışmaların olacağını umuyor.

Kaynak

http://www.rsc.org/chemistryworld/2012/04/unlocking-mysteries-ice
 

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap