Yeni bir deneysel çalışma, çözülmemiş ‘nano-kabarcıklar’ gizemini ele alıyor

Yeni bir deneysel çalışma, çözülmemiş 'nano-kabarcıklar' gizemini ele alıyor

Moleküler Dinamik Simülasyonları ile elde edilen Xe nanokabarcıklarının şeması. Oluşum olayı, yüksek bir Xe konsantrasyonuna (atom başına yaklaşık 30 su molekülü) karşılık gelir. Kredi: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa ve Ruiz-Suarez.

Nanokabarcıklar, bazı fizikçilerin sulu çözeltilerde, tipik olarak içinde belirli maddeler çözüldükten sonra gözlemlediği, aşırı derecede küçük (yani, nanoskopik) gazlı boşluklardır. Bazı araştırmalar bu inanılmaz derecede küçük baloncukların gözlemlendiğini bildirirken, bazı bilim adamları bunların deneyler sırasında oluşan katı veya yağlı kalıntılar olduğunu savundu.

Meksika’daki Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Monterrey ve Centro de Investigación en Matemáticas Unidad Monterrey’deki araştırmacılar, yakın zamanda, özellikle ksenon ve kripton suda çözüldüğünde, bu zor ve gizemli nesnelerin doğasını daha fazla araştırmayı amaçlayan bir deney gerçekleştirdiler. Onların çalışması, yer aldı Fiziksel İnceleme Mektuplarıekibin “nanobloblar” olarak adlandırdığı şeyin oluşumunu belirledi, ancak nanokabarcıklara dair hiçbir kanıt bulamadı.

Araştırmayı yürüten araştırmacılardan Carlos Ruiz Suarez Phys.org’a verdiği demeçte, “Amacımız temiz bir yöntem kullanarak ksenon ve kripton nanokabarcıkları yaratmaktı.” “Birçok bilim adamının, birçok uygulamada kullanılmasına rağmen nanokabarcıkların var olmadığını iddia ettiğini söylemeliyim. Aksine, bunların deneyler sırasında oluşan yağ/katı kirleticiler olduğu düşünülüyor.”

Nano-kabarcıkların “gizemini” çözmek için Ruiz Suarez ve meslektaşları, teorik olarak “gerçek” nano kabarcıklar üretmelerine izin vermesi gereken “temiz” bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem, iki asil gaz olan ksenon ve kriptonun, onlara yüksek basınç uygulayarak suda çözülmesini ve ardından ortaya çıkan sıvının basıncının düşürülmesini ve incelenmesini gerektiriyordu.

Ekip, bu prosedürün sonuçlarını hem moleküler dinamik simülasyonlarında (MDS’ler) hem de laboratuvar deneylerinde değerlendirdi. Aslında nano-kabarcık benzeri parçacıkları gözlemlerken, bu parçacıkları analiz ettiklerinde, bunların gaz kabarcıklarından ziyade büyük olasılıkla gaz-su amorf yapıları olduğunu görünce şaşırdılar.

Ruiz Suarez, “Asil atomları bir araya getirerek kabarcıklar oluşturmak için su ortamındaki konsantrasyonlarını artırmamız gerekiyordu” dedi. “MDS’ler yaparak su molekülleri ile soy atomlar arasındaki doğru oranların yaklaşık 30 su molekülü/atomu olduğunu bulduk. Bu nedenle, gazı içeri iterek atomları suda çözünmeye zorlamak için yüksek basınçlı bir hücre inşa etmemiz gerekiyordu. “

Yeni bir deneysel çalışma, çözülmemiş 'nano-kabarcıklar' gizemini ele alıyor

Santrifüjleme deneyi ve kolloidlerin su yüzeyine yoğunluk farkının bir fonksiyonu olarak ulaşma süresi. Bu sıfır olduğunda, zaman uzaklaşır. Kredi: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa ve Ruiz-Suarez, PRL (2022).

Ksenon ve kripton iki hidrofobik gazdır. Bu, yalnızca yüksek miktarda basınç altında (360 bar veya atmosferin üzerinde) suya ve sulu çözeltilere girebilecekleri anlamına gelir. Ancak suya girdiklerinde hidrofobik ve van der Waals kuvvetleri aracılığıyla birbirlerine bağlanabilirler.

Ruiz Suarez, “Şu anda hücrenin içini görmenin bir yolu yok, ancak MDS’lerimize inandığımız için kabarcıkların var olduğunu varsaydık.” Dedi. “Çalışmamız için bir sonraki adım, numunenin basıncını düşürmek ve kabarcıkları görmekti. Ancak, büyük sürprizimiz, kabarcık olmamasıydı, ancak başka bir şey vardı: nanobloblar dediğimiz gaz ve sudan oluşan nanoyapılar. Bunlar nevi şahsına münhasır yapılardır. bu da klatrat hidratlarına yol açar.”

Nano-kabarcıkların varlığı parçacık fiziğinde tartışılan bir konu olmaya devam ediyor ve bu araştırmacıların son çalışmaları bu gizemi çözmeye yardımcı olabilir. Tıpkı ksenon ve kripton gibi, nano-kabarcıkları oluşturmak için kullanılan diğer birçok gaz da klatrat hidratları (yani, içinde molekülleri olan su yapıları) oluşturabilir. Genel olarak, ekibin bulguları, önceki birçok çalışmanın “nano-kabarcıklar” olarak tanımladığı şeyin, bunun yerine klatrat hidratlar tarafından oluşturulan bu amorf nanoyapılar olabileceğini düşündürmektedir.

Ruiz Suarez, “Mevcut bir fiziksel teori deneysel bulguları açıklayamadığında, fizikçilerin bunu bir felaket olarak adlandırmaktan hoşlandığını belirtmek önemlidir.” Dedi. “Nano-kabarcıklar içlerinde yüksek basınca sahip olduklarından (ne kadar küçüklerse basınç o kadar yüksek), teori ömürlerinin çok kısa olduğunu (mikrosaniye mertebesinde) söylüyor. Ancak, gözlemler onların çok daha uzun süredir var olduklarını ortaya çıkardı, bu yüzden bu, Laplace Basınç Balonu Felaketi olarak adlandırıldı.”

Bu araştırma ekibi tarafından toplanan bulgular geçerli ve güvenilir ise, mevcut nanokabarcıkların anlaşılmasına büyük ölçüde katkıda bulunabilirler. Esasen, bulguları, daha önce gözlemlenen “nano kabarcıklar” yerine “nanobloblar” veya deneysel olarak kullanılan gazlarda klatrat hidratlardan kaynaklanan alternatif yapılar olduğu için Laplace Basınç Kabarcık Felaketi’nin mevcut olmadığını göstermektedir.

Ruiz Suarez, “Şu anda hücrenin içini görmemizi ve nano-kabarcıkları yüksek basınçta gözlemlememizi sağlayacak deneysel bir cihaz inşa ediyoruz.” Dedi. “Basıncı azalttığımızda ve klatrat hidrat haline geldiklerinde evrimlerini görmek istiyoruz. Bu arada oksijen ve karbondioksit gibi diğer önemli gazları da inceliyoruz.”


Nano kabarcıkların gizemi çözüldü


Daha fazla bilgi:
Angela M. Jaramillo-Granada ve diğerleri, Xenon ve Krypton Suda Çözünmüş Nanobloblar: Nanokabarcıklar İçin Kanıt Yok, Fiziksel İnceleme Mektupları (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.094501

© 2022 Bilim X Ağı

Alıntı: Yeni bir deneysel çalışma, 14 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-experimental-tackles-unsolved-mystery-nanobubbles.html adresinden alınan ‘nano-kabarcıkların’ (2022, 13 Eylül) çözülmemiş gizemini ele alıyor.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.

Leave a Comment