İnternette gezinirken bir su şişesinin içindeki suyun bir anda buza dönüşmesini gösteren videolara rastlamış olabilirsiniz. Eğer henüz denk gelmediyseniz, bu videoda bu durumu siz de gözlemleyebilirsiniz. Videoyu izlemek eğlenceli olsa da arka planda neler olup bittiğini, bu sihrin nasıl yapıldığını merak etmiş olabilirsiniz?
Size ilk önce bunun bir sihir değil, bilim ile yapılan basit bir numara olduğunu söylemekle başlayalım. Ve evet, bunu evde deneyebilirsiniz. Sıcak yaz günlerinde ani buz yapmak zorunda kalırsanız da işe yarayabilir.
Çekirdeklenme
Herhangi bir madde hal değiştirdiğinde – sıvı suyun katı buza dönüşmesi gibi – süreç çekirdeklenmeyi içerir. Faz dönüşümleri, bir faz içinde başka bir fazın tomurcuklanıp büyümesi ile gerçekleşir. Oluşmaya başlayan yeni fazın özelliklerini taşıyan bu tomurcuğa malzeme biliminde çekirdek (İngilizce: nucleus), çekirdeğin oluşma sürecine de çekirdeklenme (İngilizce: nucleation) denir.
Herhangi bir madde faz değiştirdiğinde (Suyun buza dönüşmesi gibi) bir molekülün çekirdeğinde buz kristali oluşur. Sonrasında ona yakın diğer moleküller de buzlanmaya başlar. Su normalde saf değildir. İçinde çok sayıda küçük toz ve organik madde parçacıkları bulundurur.
Bunlar süreci başlatan “tohumlar” olarak düşünülebilir ve buz ilk olarak bu maddelerin etrafında oluşur. Bu duruma da heterojen çekirdeklenme denir.
Ancak homojen çekirdeklenme oluşturmak da mümkündür. Ancak bunun için saf su gereklidir. Bir şişe saf suyu soğuttuğunuz zaman videolarda gözlemlediğiniz sonucu elde edebilirsiniz. Su normalde 0 santigrat derecede donar. Ama saf suyun içinde su molekülleri dışında başka bir şey yoktur. Yani bu yüzden normal heterojen çekirdeklenme süreci başlatacak bir şey yoktur. Bu durumda başlangıç, şişeye çarptığınızda oluşan şok dalgası ile başlar.
suyu bu aşırı soğutulmuş duruma getirmek yaklaşık iki buçuk ila üç saat sürecektir .
Anında Buz Yapma
Eğer evinizde bir şişe saf su varsa onu dondurucuya atın. Suyun donması için gereken zamanlama, su şişelerinizin ve dondurucunuzun boyutuna bağlı olsa da yaklaşık iki buçuk ila üç saat sürecektir. Su bu sürenin sonunda hala sıvı olacaktır çünkü saf su -42 santigrat derecede donar.
Böylece artık elinizde aşırı soğutulmuş bir sıvı bulunur. Bu sıvının sıcaklığı normal donma noktasının altındadır, ancak sıvı hala katı hale gelmemiştir. Bundan sonra süper hızlı buz yapma süreci bir anda gerçekleşecektir. Ama harcadığınız emeğe kesinlikle değecektir.
Dikkatlice şişeyi dondurucudan çıkartın. Ve sonra bir anda sallayın veya masaya hafifçe vurun. Şişede oluşan hafif bir değişiklik homojen çekirdeklenme sürecini başlatmak için yeterli olacaktır. Bu değişiklik bir kez oluştuğunda şişedeki su molekülleri sanki sihirli bir biçimde bir anda buza dönüşecektir. ( Eğer donma süreci başlamaz ise şişenizi dolaba geri koyun. Bunun anlamı elinizdeki suyun yeterince soğumamış olmasıdır.)
Sallama yöntemine bir alternatif, suyu bir buz küpünün üzerine dökmektir. Küp çekirdek görevi görecek ve siz dökerken küçük bir buz kulesi yaratabileceksiniz. Bilimin ne kadar eğlenceli olduğunu çocuklara göstermek için bu deneyin okullarda ya da evlerde de denenmesini öneririz. Bilim ile kalalım…
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; bağlantı: https://science.howstuffworks.com
- Why does water freeze instantly when you hit a bottle just out of the freezer?; Bağlantı: https://www.sciencefocus.com/
- Instant Ice! How to Waterbend in Real Life; yayınlanma tarihi: 6 Temmuz 2013; Bağlantı: https://science.wonderhowto.com
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de 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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak 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