Yüzey Fiziği: Suyun Hareketi

Perovskit (kalsiyum titanat minerali) batarya, yakıt pili ve elektronik diğer donanım bileşenlerinde kullanılan doğal bir mineraldir. Teknolojideki önemli görevinin yanı sıra yüzey reaktivitesi (diğer..
Görsel Telif:

Perovskit (kalsiyum titanat minerali) batarya, yakıt pili ve elektronik diğer donanım bileşenlerinde kullanılan doğal bir mineraldir. Teknolojideki önemli görevinin yanı sıra yüzey reaktivitesi (diğer moleküllerle etkileşimi, reaksiyon yetenekleri) hakkında bilgimiz ise çok sınırlı.

Viyana’da bulunan TU Wien’den Profesör Ulrike Diebold önderliğindeki araştırma ekibi uzun zamandır varlığını koruyan bir soruyu cevabına kavuşturdu,  su molekülleri perovskit yüzeyine tutunduğunda nasıl bir davranış gösterir?  Normal olarak maddelerin en dış yüzeylerindeki atomlar bu davranış biçimlerini birinci dereceden etkiler ancak perovskitler için daha alt katmanların da bu davranışlardaki rolü büyük. Araştırma Nature Materials’da yayımlandı.

Perovskit Su Moleküllerini Çözüyor

Profesör Ulrike Diebold ve ekibi tipik bir perovskit olan stronsiyum rutenat üzerinde çalışma gerçekleştirdi. Oksijen, stronsiyum ve rutenyumdan oluşan kristalize bir yapısı olan bu mineralin kristal özelliği bozulduğunda en üst yüzeyi oksijen ve stronsiyum kalırken, rutenyum yüzeydeki oksijen ile kaplanarak altta kalıyor.

Bu yüzeye bırakılan bir su molekülü iki parçaya ayrılıyor: yüzeyde bulunan oksijene bağlanan bir hidrojen atomu ve diğer parça hidroksil iyonu (OH). Kimyasal olarak ‘çözüşme’ adı verilen bu süreçte fiziksel bir ayrım gerçekleşse de parçaları ( H ve OH) birbiri ile zayıf ‘hidrojen bağı’ ile etkileşmeye devam eder.

Bu zayıf etkileşim de tuhaf bir etki yaratıyor: OH grubu serbest biçimde hareket edemez ve hidrojen atomunun etrafında -bir elimiz ile bir direğe tutunup çevresinde döner gibi- tur atar. Bu tip bir davranış burada ilk kez gözlemlenmiş olsa da hiç beklenmedik birşey de değildi, bu etki teorik bir takım hesaplamalara dayanarak bundan birkaç yıl öncesinden öngörülmüştü ve şimdi yapılan deneyler ile gözlemlenerek doğrulanmış oldu.

Dans İçin Alan Lazım

Yüzeye daha fazla su eklendiğinde, ‘sahne’ (bu durum için mineralin yüzeyi) çok kalabalıklaştığı için dönerek hareket artık mümkün olmuyor. OH grubu serbest biçimde ancak ve ancak döndükten sonra tutunabileceği alanlar boş ise, dönerek hareket edebilir. Birbirine komşu bağlanma alanlarında iki su molekülü bulunduğunda ilk anda dönmekte olan OH grupları çarpışır ve sıkışır ve çift oluşturur. Daha sonra, suyun miktarı artırıldıkça aynı şekilde çiftler sıkışmaya devam eder ve uzun zincirler oluştururlar. En sonunda su molekülleri bağlanarak fiziksel olarak parçalanacak alan bulamaz hale gelerek, çözüşmeden molekül halinde tek parça olarak yüzeye bağlanırlar.

TU Wien araştırma ekibi tarafından geliştirilen ve uygulanan yeni teknikler, yüzey (yüzey fiziği, yüzey kimyası gibi) araştırmalarının önünü açarak gelişmesinde ciddi bir rol oynuyor. Daha önceleri dolaylı olarak yapılan hesaplamalara dayanan araştırmacılar şimdi direkt olarak yüzeydeki atomların davranışlarını gözlemleyip modelleyebiliyor. Bu gelişmelerle birlikte modern materyal ve metalurji araştırmalarında yeni kapılar ve ihtimaller yaratılmış oluyor.

 


Kaynak : Daniel Halwidl, Bernhard Stöger, Wernfried Mayr-Schmölzer, Jiri Pavelec, David Fobes, Jin Peng, Zhiqiang Mao, Gareth S. Parkinson, Michael Schmid, Florian Mittendorfer, Josef Redinger, Ulrike Diebold. Adsorption of water at the SrO surface of ruthenates. Nature Materials, 2015; DOI: 10.1038/nmat4512


Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv