ABD'deki bilim insanları, oda sıcaklığında bile sıvı su yüzeyinin, su-hava arayüzüne yaklaştıkça giderek daha fazla buza benzeyen bir yapıya sahip olduğuna dair kanıtlar buldular. Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Phillip Geissler ve Nathan Odendahl, bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi hava ve su arasındaki düzensiz arayüz ve tanımlanmış düzenli motiflerin buzla önemli benzerlikler taşıdığını iddia ediyorlar.
Atmosferden insan akciğerlerine kadar gezegendeki en önemli süreçlerin birçoğu su damlacığının yüzeyinde meydana geliyor ve bu da bu araştırmaya fizik, kimya ve biyoloji alanlarında potansiyel sonuçlar veriyor.
Suyu deneylerde erişilemeyen moleküler düzeyde incelemek için simülasyonları kullanan Geissler, "Yığın ortamındaki su hakkında anlamak için onlarca yıldır çalıştığımız şeyler, arayüzlerde yanlış hale geliyor" dedi. Hava-su arayüzünün spektroskopik ölçümleri, yüzeyde düzenli hidrojen bağları olduğunu düşündüren şaşırtıcı sonuçlar üretti. Geissler ve Odendahl, arayüzey suyunun yapısı için referans noktası olarak buzun önerildiği önceki simülasyonları merak ediyorlardı, ancak bu sonuçların kesin olduğunu düşünmüyorlardı. Sonuç olarak, bu kalıpları daha ayrıntılı olarak aramanın bir yolunu geliştirdiler.
Düzensizlikte yapıyı aramak
Sıvı su düzensiz olduğundan araştırmacılar aradıkları yapıların bulunmasının zor olacağını, yalnızca birkaç moleküle yayılacağını ve gürültü altında gömülü olacağını biliyorlardı. Önceki araştırmacıların, arayüzü aslında yumuşak ve engebeli olmasına rağmen düz bir düzlem gibi ele almaları nedeniyle ayrıntıları kaçırdıkları fikrine sahiplerdi. Yumuşak hava-su arayüzleri üzerinde yapılan çalışmalara 10 yıldan fazla bir süre önce öncülük edilmiş ve yüzeye paralel katmanlar ortaya çıkarılmıştı, ancak buzla bir bağlantı aramak için bunu ilk kullananlar Geissler ve Odendahl oldu.
Geissler, Odendahl ona buz ve su-hava arayüzlerini üst üste bindiren ilk sonuçları gösterdiğinde şaşırdığını söyledi. Anlık arayüzün ekstra detayı ile su yüzeyindeki katmanların alt katmanlara bölünebileceğini öne sürüyorlar (yukarıdaki şekle bakın). Paralel alt katmanlar, buzun taban yüzünün bir özelliğidir ve ikilinin, buz ve su-hava arayüzlerindeki bu katmanlar arasında çarpıcı bir benzerlik olduğuna inandığı şeyi sunarlar.
Bu alt katmanları bir referans noktası olarak kullanan Geissler ve Odendahl, bunun buzdaki tetrahedral su molekülleri için iyi tanımlandığını bilerek moleküllerin yönelimlerini karşılaştırdılar. Araştırmacılar su yüzeyine yakın oksijen-hidrojen bağlarının tercih edilen yönünü haritalandırdıklarında, yine savundukları düzenin bir buz yüzüne karşılık geldiğini gözlemlediler. Bu modeller, toplu suda beklenen geçici tetrahedral yapılardan daha büyük olan birkaç moleküler çapı tutar.
Kırık simetri suyu düzenlemeye zorlar
Vardıkları sonuçları savunan Odendahl şunları söyledi: “Bu esnek arayüze sahip olmak bize bunun sadece birkaç şans ölçütü olmadığını söyleyebilme konusunda gerçekten güven verdi. Yoğunluğa bakarsanız, oryantasyona bakarsanız, çoklu katmanlara bakarsanız, baktığımız her şeyin bir eşleşme olduğunu görürsünüz."
Suyun arayüzlerde elektriksel olarak ölü olduğu kanıtlandı
Ancak sıvıların istatistiksel mekaniği üzerine yapılan araştırmaların yorumlanması her zaman tartışmalıdır. Su-hava arayüzü üzerinde devam eden tartışma, buzun nasıl tanımlandığı ve yalnızca birkaç moleküle yayılan bir yapının kristal benzeri özelliklere sahip olup olmadığı konusundaki temel soruya varacak. Sonuçlarını yansıtan Geissler, "Artık bu yapısal motifler hakkında düşünmek için bu yapısal referans noktasına sahibiz ve bunun sonunda çok yararlı bir kavramsal araç olacağını düşünüyorum."
Araştırma şurada anlatılıyor: Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
