En Küçük Su Damlasının Moleküler Büyüme Süreci Gözlemlendi
Hepimiz suyun bileşenlerini biliyoruz. İki hidrojen ve bir oksijen atomu alırsınız, onları tam olarak bir araya getirirsiniz ve işte Dünya’daki yaşam için en önemli bileşiğin molekülüne sahip olursunuz.
Şimdi, bilim insanları ilk kez bu süreci yakından gözlemledi. Northwestern Üniversitesi’nden malzeme bilimci Vinayak Dravid ve meslektaşları, gerçek zamanlı olarak ve moleküler ölçekte, şimdiye kadar görülen en küçük su baloncuğunun görünüşte havadan çiçek açmasını izlediler.
Bunu nasıl yaptılar? Suyu sentezlemek için iki elementi katalize ettiği bilinen bir metal olan paladyumun garip güçlerinden yararlanarak.
Dravid, “Marslı filminde Matt Damon’ın karakteri Mark Watney’i düşünün” diyor. “Hidrojen elde etmek için roket yakıtı yakıyor ve ardından oksijenatöründen oksijen ekliyordu. Bizim sürecimiz de buna benziyor, ancak ateşe ve diğer aşırı koşullara ihtiyaç duymuyoruz. Biz sadece paladyum ve gazları birbirine karıştırdık.”
Paladyumun nispeten kısa bir süre içinde önemli miktarda su sentezleme konusundaki garip yeteneğini biliyorduk. Ancak tam olarak nasıl çalıştığını saptamak zor olmuştur. Bunun nedeni, sürecin gerçekleştiği ölçeklerde gözlemlenmesinin zor olmasıdır.
Northwestern Üniversitesi’nden malzeme bilimci Yukun Liu, “Neler olup bittiğini anlamak için su üretiminin doğrudan görselleştirilmesi ile atomik ölçekte yapı analizini gerçekten birleştirebilmeniz gerekiyor” diyor.
Bu önemli engelin üstesinden gelmek için ekip, molekülleri küçük, altıgen nanoreaktör hücrelerin içine hapseden bir membran geliştirdi. Bu sayede, transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak moleküler süreçlerin nanometre ölçeğine kadar görüntülenmesi kolaylaşıyor.
Yine de araştırmacılar paladyum reaksiyonunu doğrudan gözlemleme girişimlerinin başarılı olacağından emin değillerdi. Hidrojen ve oksijen atomlarını 20 nanometre genişliğinde bir paladyum parçasının yüzeyine eklediler ve ardından gelen etkileşimi yakalamak için membranlarını kullandılar.
Tek bir su molekülü, bir nanometrenin üçte birinden daha az bir genişliğe sahipken, içerdikleri atomlar çok çok daha küçüktür. Bu küçük bileşiklerin bağlarını ‘görmek’ için araştırmacılar, elektronların saçılmasıyla kaybedilen enerjiyi kaydeden bir tür elektron mikroskobu kullandılar.
Şaşırtıcı bir şekilde, paladyum yüzeyinde küçük bir su kabarcığı oluşturmak üzere birleşen atomları gerçek zamanlı olarak gözlemleyebildiler.
Liu, “Bunun şimdiye kadar doğrudan görüntülenen en küçük kabarcık olabileceğini düşünüyoruz” diyor. “Beklediğimiz şey bu değildi. Neyse ki bunu kaydediyorduk, böylece diğer insanlara deli olmadığımızı kanıtlayabilecektik.”
Daha sonra, hidrojen ve oksijen gazlarını ayrı ayrı ekleyerek süreci kolaylaştırmayı denediler. Sürecin iki adımda gerçekleştiğini tespit etmeyi başardılar. İlk olarak, hidrojen atomları paladyumun yüzeyine sıkışarak kendilerini atomik kafesin içine sokuyor ve metalin yüzeyini şişirerek genişlemesine neden oluyor.
Daha sonra oksijen eklendiğinde, hidrojen paladyum saklanma deliklerinden çıkar ve oksijenle birleşerek su damlacıkları oluşturur. Bu arada paladyum gevşeyerek orijinal kabarık olmayan haline geri dönüyor.
Liu, “Paladyum pahalı görünebilir ama geri dönüştürülebilir” diyor. “Bizim sürecimiz onu tüketmiyor. Tüketilen tek şey gazdır ve hidrojen evrende en bol bulunan gazdır. Reaksiyondan sonra paladyum platformunu tekrar tekrar kullanabiliyoruz.”
Bu çok basit bir süreç ve ölçeklendirilebilir. İhtiyacınız olan tek şey daha büyük bir paladyum parçası. Düzenli olarak geri dönüştürülmüş oksijen ve hidrojen tedarik edildiğinde, su molekülleri bir Ay habitatında, bir Mars üssünde, bir uzay istasyonunda veya belki de yıldızlara yapılacak uzun mesafeli bir uzay uçuşunda sıfırdan inşa edilebilir.
Yeterince büyük bir paladyum parçası, suyun kıt olduğu ve geri dönüştürülmüş sütün menüde yer aldığı Dünya’daki su kaynağını destekleyebilir. Paladyum suyunun hoş bir değişiklik olabileceğini düşünüyoruz.
Kaynak: https://www.sciencealert.com