Günlük yaşamda karşılaştığımız ama çoğu zaman anlamlandıramadığımız doğa olaylarından biri, buzlukta duran bir su şişesinin dışarı çıkarıldıktan sonra sanki sihirli bir şekilde aniden donmasıdır. Hele ki bu şişeye hafifçe vurduğumuzda, suyun aniden kristalleşip buz haline geldiğini görmek birçok kişiyi şaşırtır. Bu olayın bilimsel adı süper soğuma (İngilizcesi: supercooling) olarak bilinir.
Sıvı Su Neden Hemen Buz Haline Gelir?
Bu olayın arkasında yatan temel kavram süper soğuma (supercooling) olarak adlandırılır. Süper soğuma, bir sıvının donma noktasının altına kadar soğutulmasına rağmen katı hale geçmemesi sürecidir.
Uluslararası kabul gören tanıma göre süper soğuma, bir maddenin normal donma noktasının altına kadar soğutulması fakat donmanın gerçekleşmemesidir. Bu durum genellikle kristalleşmenin başlayabilmesi için gerekli olan çekirdek kristallerin ya da nükleasyon noktalarının eksikliği nedeniyle oluşur. Bu merkezler genellikle toz parçacıkları, hava kabarcıkları ya da şişe iç yüzeyindeki pürüzler gibi kristalleşmenin başlayabileceği alanlardır.
Su normalde saf değildir. İçinde çok sayıda küçük toz ve organik madde parçacıkları bulundurur. Eğer su çok safsa ve içinde bu tür nükleasyon merkezleri yoksa, sıcaklık donma noktasının altına inse bile buz kristalleri oluşmaya başlamaz. Saflaştırılmış su ise, özel bir teknik gerektirmeden yalnızca kimyasal olarak demineralize edilerek yaklaşık −48,3 °C’ye kadar süper soğutulabilir.
Süper soğuma olgusu ilk kez 1724 yılında Fahrenheit sıcaklık ölçeğini geliştirirken Daniel Gabriel Fahrenheit tarafından tanımlanmıştır.
Süper Soğuma Nasıl Çalışır?
suyu bu aşırı soğutulmuş duruma getirmek yaklaşık iki buçuk ila üç saat sürecektir .
Su şişesini buzdolabından ya da buzluktan dikkatlice çıkardıktan sonra hâlâ sıvı olduğunu görebilirsiniz. Ancak şişeye hafifçe vurduğunuzda ya da kapağını açtığınızda, sıvı su bir anda donmaya başlar. Bu temas, iç yapıyı bozar ve kristalleşmenin başlaması için gerekli olan ilk bozulmayı sağlar. Oluşan titreşimler, moleküllerin düzenlenmesi için gereken enerji engelini aşmalarına yardım eder. Böylece su aniden kristalleşmeye başlar ve bu süreç tüm sıvıya hızla yayılır.
Bu olaya özellikle cam ya da plastik şişelerde daha sık rastlanır çünkü bu tür malzemeler sıvının yavaş ve dengeli bir şekilde soğumasını sağlar. Ayrıca şişe kapalıysa ve içindeki suya hava karışmamışsa, bu durum süper soğuma ihtimalini artırır.
Süper soğuma, donma noktası düşmesiyle karıştırılmamalıdır. Süper soğuma, bir sıvının donmadan, donma noktasının altına kadar soğutulmasıdır. Donma noktası düşmesi ise, bir çözeltiye katılan çözücünün etkisiyle, saf sıvının donma noktasından daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutulabilmesi durumudur. Bu duruma örnek olarak, saf suya tuz eklendiğinde suyun donma noktasının düşmesi verilebilir.
Anında Buz Yapma
Eğer evinizde bir şişe saf su varsa, onu dondurucuya yerleştirin. Suyun donması için gereken süre, şişenin ve dondurucunun boyutuna bağlı olarak değişebilir ama genellikle iki buçuk ila üç saat yeterlidir. Bu sürenin sonunda su hâlâ sıvı haldedir. Çünkü saf su, normal koşullarda -42 °C’ye kadar donmadan kalır.
Bu durumda elinizde artık aşırı soğutulmuş bir sıvı bulunur. Sıcaklığı donma noktasının altındadır ama hâlâ sıvıdır. Şişeyi dikkatlice dondurucudan çıkarın. Ardından hafifçe sallayın ya da masaya vurun. Bu küçük sarsıntı, suyun içinde “homojen çekirdeklenme” adı verilen süreci başlatır. Bu da su moleküllerinin bir anda kristalleşmesine neden olur ve su aniden buza dönüşür. Eğer donma başlamazsa, şişe henüz yeterince soğumamış demektir—tekrar dondurucuya koymanız gerekir.
Süper soğuma, yalnızca ilginç bir deneyden ibaret değil. Aynı zamanda hava taşımacılığı, tıp, gıda mühendisliği ve meteoroloji gibi alanlarda da etkili bir rol oynar. Örneğin, uçakların kanatlarında buz oluşumu süper soğumuş su damlacıklarının etkisiyle gerçekleşir.
Ayrıca dondurulmuş gıda üretiminde de süper soğuma göz önüne alınır. Hızlı dondurma teknikleri, gıdaların daha sağlıklı bir şekilde korunmasını sağlar. Bu tekniklerde amaç, suyun hücre içinde buz kristallerine dönüşmeden doğrudan donmasını sağlamaktır. Böylece ürün çözündüğünde besin değeri ve dokusu daha az zarar görür. Yazının devamında göz atmak isterseniz: Kuru Buz Nedir? Etrafındaki Tüm Duman Nereden Gelir?
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- Super Cool Science: How to Make Instant Ice at Home; yayınlanma tarihi: 17 Ağustos 2020;. Kaynak. How Stuff Worksç. Bağlantı: Super Cool Science: How to Make Instant Ice at Hom
- Why does water freeze instantly when you hit a bottle just out of the freezer?; Bağlantı: Why does water freeze instantly when you hit a bottle just out of the freeze
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
Bugüne kadar hiç düşünmediğim bir konu fakat çok ilginç ve harika bir anlatımla yazılmış.
İlk fırsatta denemek istiyorum.
Aydınlatma içün çok teşekkür ederim.
Sevgiler