Su neden teflonda damlacık oluşturur da camda yayılır: Bilim insanları ilk kez moleküler nedeni buldu

Tokyo Üniversitesi Endüstri Bilimleri Enstitüsü araştırmacıları, su damlacıklarının farklı yüzeylerdeki davranışlarıyla ilgili on yıllık bir gizemi çözdü. Nature Physics dergisinde yayımlanan yeni araştırma, suyun nan ölçekteki hareketini moleküler düzeyde açıkladı. Bu keşif, suyun neden teflon gibi hidrofobik yüzeylerde yuvarlak şekil aldığını, cam gibi hidrofilik yüzeylerde ise ince bir tabaka halinde yayıldığını temel düzeyde aydınlatıyor. Ixbt.com haber veriyor.

Normalde, bir sıvının yüzeyle etkileşimi klasik fizik yasalarıyla açıklanır. Ancak, nanometre boyutundaki ultra küçük damlacıklardan söz konusu olduğunda, geleneksel teoriler her zaman beklenen sonucu vermez. Fizikçiler, yalnızca nan ölçekte belirgin olan bir kuvvet olan çizgisel gerilim kuvvetinin, yüzeyin tam ıslanma sürecinde neden yön değiştirdiğini uzun süredir anlamıyorlardı.

Hidrojen bağlarının rolü

Araştırmanın başyazarı Mohd Moid liderliğindeki grup, moleküler dinamik yöntemini kullanarak bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi. Buna göre, sıvı suda hidrojen bağları lokal tetrahedral (dört yüzlü) bir yapı oluşturur. Burada her su molekülü geçici olarak dört komşusuyla bağlanır. Bilim insanları, tam olarak bu yapının değişiminin suyun yüzeyde yayılmasını nasıl etkilediğini gözlemlediler.

Araştırma sonuçlarına göre, yüzey tamamen ıslandığında, damla sınırındaki bu tetrahedral yapı bozulur. İşte bu durum, çizgisel gerilim yönünün değişmesine neden olur. Yani, suyun kendi molekülleri arasındaki iç düzen, suyun yüzey boyunca ne kadar hızlı ve geniş yayılacağını belirleyen temel faktör olarak ortaya çıktı.

Kimyasal bileşimden daha önemli bir faktör

İlginç olan şu ki, araştırmacılar hidrofilik (su çeken) bir yüzey üzerindeki iki katmanlı buz üzerinde de deneyler yaptılar. Yüzeyin kimyasal özellikleri suyu çekme eğiliminde olsa da, bu buz tabakasının yayılmadığı görüldü. Bu durum, suyun lokal yapısal düzeninin, malzemenin kimyasal bileşiminden daha güçlü bir etkiye sahip olabileceği anlamına geliyor.

Bu keşif sadece teorik öneme sahip değil. Sıvı ve katı yüzey arasındaki bu hassas dengenin anlaşılmasının birçok pratik alanda devrim yaratması bekleniyor. Özellikle mikroelektronik cihazların soğutma sistemleri, biyolojik sistemlerdeki sıvı hareketi ve yeni nesil su geçirmez malzemelerin geliştirilmesinde bu verilerden geniş ölçüde yararlanılacak.

Nature Physics yayını, iç sıvı tabakasının yapısının, ıslanma derecesini belirleyen en önemli faktörlerden biri olarak kabul edildiğini belirtti. Artık mühendisler ve bilim insanları, yüzeyleri tasarlarken sadece kimyasal kaplamalarını değil, aynı zamanda su moleküllerinin o yüzeyle etkileşime girdiğindeki geometrik konumlarını da dikkate alabilecekler.