Almaniyanın Bochum Ruhr Universitetinin tədqiqatçıları superkritik suyun strukturunu işıqlandırıblar. Həddindən artıq temperatur və təzyiqlərdə mövcud olan bu vəziyyətdə su eyni zamanda həm maye, həm də qaz xüsusiyyətlərinə malikdir. Bir nəzəriyyəyə görə, su molekulları daha sonra hidrogen bağları ilə bağlandıqları çoxluqlar əmələ gətirir.

Bohumda yerləşən komanda indi terahertz spektroskopiyası və molekulyar dinamika simulyasiyalarının birləşməsindən istifadə edərək bu fərziyyəni təkzib edib. Nəticələr Science Advances jurnalında dərc olunub .

Fiziki kimya II kafedrasından eksperimentalistlər Dr. Katja Mauelshagen, Dr. Gerhard Schwaab və professor Martina Havenith nəzəri kimya kafedrasından Dr. Philipp Schienbein və professor Dominik Marks ilə əməkdaşlıq etdilər.

Həlledici kimi maraq doğuran superkritik su

Superkritik su Yer üzündə təbii olaraq, məsələn, qara siqaret çəkənlərin (bir növ hidrotermal havalandırma kanalının) dəniz dibində sərt şərait yaratdığı dərin dənizdə baş verir. Superkritik vəziyyətin həddi 374 dərəcə Selsi və 221 bar təzyiqdə əldə edilir.

“ Fövqəladə kritik suyun strukturunu başa düşmək bizə qara siqaret çəkənlərin yaxınlığındakı kimyəvi prosesləri işıqlandırmağa kömək edə bilər” deyən Marks bu mövzuda öz tədqiqat qrupu tərəfindən dərc olunmuş son məqaləyə istinad edir. ” Unikal xüsusiyyətlərinə görə superkritik su həm də kimyəvi reaksiyalar üçün “yaşıl” həlledici kimi maraq doğurur; bunun səbəbi onun ekoloji cəhətdən təmiz və eyni zamanda yüksək reaktiv olmasıdır.”

Superkritik suyun istifadəsini yaxşılaşdırmaq üçün onun içindəki prosesləri daha ətraflı başa düşmək lazımdır. Havenitin komandası bu məqsədlə terahertz spektroskopiyasından istifadə edib. Bir molekul daxilində H-bağlarını araşdırmaq üçün digər spektroskopiya üsullarından istifadə oluna bilsə də, terahertz spektroskopiyası molekullar arasındakı hidrogen bağını həssas şəkildə yoxlayır və beləliklə, tədqiqatçılara superkritik suda çoxluqların əmələ gəlməsini aşkar etməyə imkan verir, əgər varsa.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1742295964&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-supercritical-decoded-analysis-molecular-clusters.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC44OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNC4wLjY5OTguODkiXSxbIk5vdDpBLUJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzQuMC42OTk4Ljg5Il1dLDBd&dt=1742295964611&bpp=1&bdt=78&idt=190&shv=r20250305&mjsv=m202503130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295787%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295787%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295787%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=8237403050314&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2135&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=42531705%2C95330279%2C95354597%2C31090357&oid=2&pvsid=2634833683956859&tmod=294521279&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=195

Təzyiq altında hüceyrələrin ölçülməsi

“Eksperimental sınaqlarda bu üsulu superkritik suya tətbiq etmək böyük problem idi” deyə Havenith izah edir. “Bizə terahertz spektroskopiyası üçün yüksək təzyiqli hüceyrələrimiz üçün hər hansı digər spektral diapazondan on qat daha böyük diametrlər lazımdır, çünki biz daha uzun dalğa uzunluqları ilə işləyirik.”

Katja Mauelshagen doktorluq dissertasiyası üzərində işləyərkən saysız-hesabsız saatlarla yeni, uyğun hüceyrənin layihələndirilməsi və qurulması və ölçüsünə baxmayaraq, həddindən artıq təzyiq və temperatura tab gətirə bilməsi üçün optimallaşdırılmasına sərf etmişdir.

Nəhayət, eksperimentalistlər superkritik vəziyyətə keçmək üzrə olan sudan, eləcə də superkritik vəziyyətin özündən məlumatları qeyd etməyə müvəffəq oldular. Maye və qaz halında olan suyun terahertz spektrləri əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olsa da, superkritik su və qaz halının spektrləri praktiki olaraq eyni görünürdü. Bu sübut edir ki, su molekulları qaz halında olduğu kimi superkritik vəziyyətdə də az hidrogen bağı əmələ gətirir.

“Bu o deməkdir ki, superkritik suda molekulyar klasterlər yoxdur” deyə Schwaab yekunlaşdırır.

Doktorluq dissertasiyasının bir hissəsi olaraq mürəkkəb ab initio molekulyar dinamika simulyasiyalarından istifadə edərək superkritik suda prosesləri hesablayan Marksın komandasının üzvü Schienbein də eyni nəticəyə gəlib. Eksperimentdə olduğu kimi, əvvəlcə virtual laboratoriyada suyun kritik nöqtəsinin dəqiq mövqeyini müəyyən etmək kimi bir neçə maneəni dəf etmək lazım idi.

Ab initio simulyasiyaları son nəticədə göstərdi ki, superkritik vəziyyətdə olan iki su molekulu ayrılmadan əvvəl qısa müddət ərzində bir-birinə yaxın qalır. Hidrogen bağından fərqli olaraq, hidrogen və oksigen atomları arasındakı bağların üstünlük təşkil edən istiqaməti yoxdur – bu, hidrogen bağlarının əsas xüsusiyyətidir. Hidrogen-oksigen bağının istiqaməti daimi olaraq fırlanır.

Schienbein vurğulayır: “Bu vəziyyətdə mövcud olan bağlar son dərəcə qısa ömürlüdür: maye sudakı hidrogen bağından yüz dəfə qısadır”.

Simulyasiyaların nəticələri eksperimental məlumatlara mükəmməl uyğunlaşdı və superkritik vəziyyətdə suyun struktur dinamikasının ətraflı molekulyar mənzərəsini təmin etdi.

Daha çox məlumat: Katja Mauelshagen et al, Superkritik şəraitdə su-su qarşılıqlı təsirlərində üstünlük təşkil edən təsadüfi qarşılaşmalar, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adp8614

Jurnal məlumatı: Science Advances 

Ruhr-Universitaet-Bochum tərəfindən təmin edilmişdir