Havanın gösterdiği direnç sayesinde süzülerek ve özelliklerini koruyarak yere inen kar taneleri, kristal yapılarının muazzam çeşitliliği ile bizleri kendine hayran bırakmayı başarıyor. Çıplak gözle net bir şekilde göremediğimiz kar taneleri arasında aynı büyüklükte, aynı şekilde ve aynı sayıda su molekülü içeren hiçbir kristal yapısı olmadığı gibi yapı olarak da hepsi birbirinden farklıdır…
Dünyanın En Küçük Buz Kristali Simulasyonu © Victoria Buch, Cristoph Pradzynski, Udo Buck
Kar kristalleri üzerine ilk araştırmaları yapan ABD’li çiftçi ve fotoğrafçı Wilson Bentley, gördüğü muazzam yapı karşısında adeta büyülenmiş ve elli yıl boyunca sürekli kar kristali fotoğrafı çekmiştir. Çektiği 6000 fotoğraf içinde kristal yapıları birbirinin aynı olan iki kar tanesine rastlayamamış ve tüm kar tanelerinin değişik formlarda ve birbirinden farklı oldukları tezini öne sürmüştür. Bentley’in ardından Amerikalı Fizik Profesörü Kenneth Libbreth de yaptığı çalışmalarda aynı büyüklükte, aynı şekilde ve aynı sayıda su molekülü içeren iki kristal bile bulamamıştır.
Oluşmaya başladıkları zamanki sıcaklığa ve neme göre şekil alan kar tanelerinin çapları 2 ile 4 mm arasında değişirken, ağırlıkları yaklaşık olarak 0,005 gramdır ve güneş ışığını tamamen yansıttıkları için beyaz olarak görülürler.
Peki, bu muhteşem yapıları oluşturan tek bir buz kristali kaç molekülden oluşur?
Göttingen Üniversitesi’ndeki fizikçiler, tek bir buz kristalinin oluşabilmesi için kaç tane su molekülünün gerektiğini bulmayı başardılar. Infrared yani kızılötesi titreşim spektroskopisi yardımıyla yaptıkları analizler sonucunda en küçük su damlasının yaklaşık olarak 275 su molekülünün düzenli bir kristal yapı oluşturmasıyla meydana geldiğini keşfettiler. Bu da “Science” dergisinin geçtiğimiz yıl Eylül ayında yayınladığı sonuçlarda, atomların katı hale geçişinin daha iyi anlaşılması ve faz değişimi fiziğinin tam olarak belirlenmesi açısından önemli bir adım olarak gösterildi.
Kar kristalleri üzerine ilk araştırmaları yapan ABD’li Wilson Bentley, elli yıl boyunca kar kristallerinin 6.000 fotoğrafı çekmiştir.
Göttingen Üniversitesi Fiziksel Kimya Enstitüsü’nden Thomas Zeuch, 225 molekülden oluşan bir topluluğun hala bir su damlacığı gibi göründüğünü, ancak yaklaşık 275 su molekülünün yeterli bir soğutma ile ilk buz kristalini oluşturabildiğini söylüyor. Ölçümler için Göttingen Üniversitesi Dinamik Enstitüsü’nden arkadaşlarıyla birlikte, su moleküllerini küçük bir kanaldan üfleyerek geçirdiklerini belirtiyor. Bu yol ile hem hızlı bir soğutma sağlıyorlar hem de su molekülü kümelerini bir arada depolayabiliyorlar.
Bu su molekülü kümelerinin üzerine bir infrared (kızılötesi) laser atımı gönderen Zeuch ve meslektaşları, moleküllerin titreşim hareketleri tarafından absorblanan kızılötesi ışınları sayesinde, bu su moleküllerinin yaklaşık 225 moleküle kadar düzensiz bir yapı gösterdiğini, daha büyük molekül kümelerinin ise düzenli ve kristal bir yapı oluşturma eğilimi gösterdiklerini keşfettiler.
Ayrıca Zeuch, farklı birçok maddenin de katı hale geçişinin muhtemelen bu büyük düzen içerisinde gerçekleştiğini ve gelecekte, örneğin alkoller ile yapılabilecek başka ölçümlerle, bunun desteklenebileceğini düşünüyor. Yine bu düzenin, metallerde atom kümelerinin kristal katı hale geçişinde, tıpkı elektriksel iletim gibi metalik özelliklerin de ortaya çıkmasında yardımcı olabileceğini ve faz değişimi sırasında katı ve sıvı arasında hangisinin daha baskın olduğunun araştırılabileceğini söylüyor.
Son olarak ilginizi çekebilecek bir videomuz var:
Senem Sağlam, 04.12.13
Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi OFMA Anabilim Dalı Yüksek Lisans Öğrencisi
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynaklar:
- C. C. Pradzynski, Forck M. Richard, Zeuch Thomas, Slavicek Petr ve Buck Udo. Resolved perspektive on the crystallization of water clusters. (Eylül 2012). Vol. 337 no. 6101 Science.
- http://snowflakebentley.com . Erişim Tarihi: 02 Aralık 2013, 10:15
