@menamen2025 Kimya Nobeli MOF'lara gitti: Birkaç gramda futbol sahası kadar yüzey ne demek, BET ölçümü nasıl okunur?
Bilim bülteni için çeviri yaparken Nobel Komitesi'nin 2025 Kimya Ödülü'ne dair popüler bilgi sayfasını tekrar okudum ve bu kanalda paylaşmaya değer buldum. Ödül, metal organik kafes yapıların, yani MOF'ların geliştirilmesi için Susumu Kitagawa, Richard Robson ve Omar Yaghi'ye verildi. Sayfa teknik bilgisi olmayan biri için bile anlaşılır yazılmış, ama ben özellikle bir cümleye takıldım: Yaghi'nin 1999'da sunduğu MOF-5 malzemesinin birkaç gramının içinde bir futbol sahası kadar yüzey alanı bulunduğu söyleniyor.
Önce sayfadan aktardığım kısa hikaye. Robson 1989'da bakır iyonlarını dört kollu bir organik molekülle birleştirerek elmas yapısından esinlenen, içinde büyük boşluklar olan düzenli bir kristal elde etmiş, ama bu ilk yapılar kolayca dağılıyormuş. Kitagawa 1997'de içinden gaz geçebilen, kurutulduğunda bile yapısını koruyan üç boyutlu bir yapı göstermiş ve bir yıl sonra MOF'ların esnek, nefes alan malzemeler olabileceğini öne sürmüş. Yaghi ise yapıların akılcı biçimde tasarlanıp değiştirilebileceğini göstermiş. Sayfada su buharını gece çöl havasından toplayan MOF-303, karbondioksit tutmak için Kanada'da bir fabrikada test edilen CALF-20 ve sudan PFAS tutabilen UiO-67 gibi örnekler de var. Sayfa ayrıca uygulamaların çoğunun henüz küçük ölçekte kaldığını açıkça belirtiyor, bu dürüstlüğü sevdim.
Futbol sahası benzetmesine dönersek. Gözenekli malzemelerin yüzey alanı genellikle BET yöntemiyle ölçülüyor. Malzeme önce vakum ve ısıyla gözeneklerindeki nem ve çözücüden arındırılıyor, buna aktivasyon ya da gaz giderme deniyor. Sonra sıvı azot sıcaklığında, yaklaşık 77 K'de, numuneye azot gazı veriliyor ve farklı basınçlarda yüzeye ne kadar gaz tutunduğu ölçülüyor. Brunauer, Emmett ve Teller'in geliştirdiği model bu verilerden tek bir molekül kalınlığında örtü için gereken gaz miktarını, oradan da gram başına yüzey alanını hesaplıyor.
Bir kimyager arkadaşıma çeviri sırasında sorduğumda iki uyarı yaptı. Birincisi aktivasyon: MOF'ların gözenekleri tam boşaltılmazsa ölçülen alan olduğundan düşük çıkıyor, bazı yapılar ise kurutma sırasında çöküyor. Bu yüzden aynı malzeme için farklı laboratuvarlardan farklı değerler raporlanabiliyor. İkincisi yöntemin sınırları: BET modeli aslında mikro gözenekli malzemeler için tasarlanmamış, bu tür malzemelerde hangi basınç aralığının seçildiği sonucu değiştirebiliyor ve bunun için önerilen ek ölçütler var. Yani bir makalede gördüğünüz yüzey alanı rakamını değerlendirirken aktivasyon koşullarına ve hesap aralığına bakmak gerekiyor.
Sayfanın tamamını, özellikle Robson'un ders için hazırladığı tahta modellerden nasıl fikir aldığını anlatan kısmı okumanızı öneririm. MOF üzerine çalışan ya da BET ölçümü yaptıran biri varsa, sonuçları yorumlarken en çok nerede zorlandığınızı merak ediyorum.
Önce sayfadan aktardığım kısa hikaye. Robson 1989'da bakır iyonlarını dört kollu bir organik molekülle birleştirerek elmas yapısından esinlenen, içinde büyük boşluklar olan düzenli bir kristal elde etmiş, ama bu ilk yapılar kolayca dağılıyormuş. Kitagawa 1997'de içinden gaz geçebilen, kurutulduğunda bile yapısını koruyan üç boyutlu bir yapı göstermiş ve bir yıl sonra MOF'ların esnek, nefes alan malzemeler olabileceğini öne sürmüş. Yaghi ise yapıların akılcı biçimde tasarlanıp değiştirilebileceğini göstermiş. Sayfada su buharını gece çöl havasından toplayan MOF-303, karbondioksit tutmak için Kanada'da bir fabrikada test edilen CALF-20 ve sudan PFAS tutabilen UiO-67 gibi örnekler de var. Sayfa ayrıca uygulamaların çoğunun henüz küçük ölçekte kaldığını açıkça belirtiyor, bu dürüstlüğü sevdim.
Futbol sahası benzetmesine dönersek. Gözenekli malzemelerin yüzey alanı genellikle BET yöntemiyle ölçülüyor. Malzeme önce vakum ve ısıyla gözeneklerindeki nem ve çözücüden arındırılıyor, buna aktivasyon ya da gaz giderme deniyor. Sonra sıvı azot sıcaklığında, yaklaşık 77 K'de, numuneye azot gazı veriliyor ve farklı basınçlarda yüzeye ne kadar gaz tutunduğu ölçülüyor. Brunauer, Emmett ve Teller'in geliştirdiği model bu verilerden tek bir molekül kalınlığında örtü için gereken gaz miktarını, oradan da gram başına yüzey alanını hesaplıyor.
Bir kimyager arkadaşıma çeviri sırasında sorduğumda iki uyarı yaptı. Birincisi aktivasyon: MOF'ların gözenekleri tam boşaltılmazsa ölçülen alan olduğundan düşük çıkıyor, bazı yapılar ise kurutma sırasında çöküyor. Bu yüzden aynı malzeme için farklı laboratuvarlardan farklı değerler raporlanabiliyor. İkincisi yöntemin sınırları: BET modeli aslında mikro gözenekli malzemeler için tasarlanmamış, bu tür malzemelerde hangi basınç aralığının seçildiği sonucu değiştirebiliyor ve bunun için önerilen ek ölçütler var. Yani bir makalede gördüğünüz yüzey alanı rakamını değerlendirirken aktivasyon koşullarına ve hesap aralığına bakmak gerekiyor.
Sayfanın tamamını, özellikle Robson'un ders için hazırladığı tahta modellerden nasıl fikir aldığını anlatan kısmı okumanızı öneririm. MOF üzerine çalışan ya da BET ölçümü yaptıran biri varsa, sonuçları yorumlarken en çok nerede zorlandığınızı merak ediyorum.
4 1 yorum
