Anasayfa/DOĞA BİLİMLERİ/KİMYA/Negatif Termal Genleşme: Bazı Katılar Isıtıldığında Neden Küçülür?
Busra Meral 8 Şubat 2020
Bazı katı nesneler ısıtıldığında, yüksek sıcaklık atomların titreşmesine, fazla yer kaplamasına ve çoğu katının genleşmesine sebep olur. Ancak, skandiyum florür gibi bazı katı kristaller, ısıtıldığında küçülür. Bu, negatif termal genleşme adı verilen bir fenomendir.
Bilim insanları skandiyum florür kristallerindeki atomlar arasındaki mesafeleri ölçerek, bu durumun nasıl gerçekleştiğini anladıklarını düşünüyorlar.
Skandiyum ve flor arasındaki bağlar ısıtıldığında sabit kalırken, kristal içindeki florin atomları bir miktar hareket ediyor. Bu sertlik ve esneklik karışımı da kristalin kenarlarının bükülmesine neden oluyor.
Araştırmayı yakından takip eden Storrs Connecticut Üniversitesi’nden fizikçi Jason Hancock, “Alanımızdaki en büyük zorluklardan bazıları katı maddeler hakkındaki soruları yanıtlamakla ilgilidir” diyor.
Hancock, “Negatif termal genleşmenin gizemini çözmek fizikçilerin, elektriği henüz pratik kullanım için çok düşük sıcaklıklarda iletebilen bakır bazlı süper iletkenler gibi benzer malzemeler hakkında daha fazla bilgi edinmelerine yardımcı olabilir” diyor.
NY Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndan fizikçi Igor Zaliznyak, negatif termal genleşme fenomeninin tam güçte mevcut olduğu ve skandiyum florürün bu fenomeni çözmemize izin veren en basit malzeme olduğunu söylüyor.
Araştırma ekibi, mekanizmayı total nötron kırınımı adı verilen bir teknik kullanarak çözdü. Araştırmacılar, bir nötron ışını ile skandiyum floriti bombaladılar ve atom altı parçacıkların 1100 Kelvin’e (yaklaşık 827°Celsius) kadar sıcaklıklarda kristallerden saçılımlarını kaydettiler. Bilim insanları saçılma kalıplarını analiz ederek atom çiftleri arasındaki olası mesafeleri hesapladılar.
Skandiyum ve flor atomları arasındaki mesafe ısıtıldığında kabaca aynıydı, bu da ikisi arasındaki kimyasal bağın katı olduğunu anlamına geliyor. Aynısı, tek skandiyum atomları arasındaki boşluk için de geçerliydi.
Ancak flor atomları arasında kristalin atom kafesindeki konumlarının daha esnek olduğunu gösteren çok çeşitli mesafeler vardı.
Araştırmacılar, atomlar arasındaki sabit ve değişken mesafelerin bu kombinasyonunun, kristali kabaca kübik şeklinde tutarken, yanlarının kıvrılmasına ve sıkışmasına izin verdiğinin tespit ettiler.