Isıyla Renk Değiştiren Slime Yapalım

Bilmekte Fayda Var!

İçine sıcak bir içecek konulduğunda renk değiştiren bir bardak görseydiniz muhtemelen bunun bir illüzyon olduğunu düşünürdünüz. Ancak böyle bir durum mümkün. Peki malzemelerin sıcaklık değişimine bağlı olarak kendiliğinden renk değiştirmesinin ardındaki bilimsel açıklama ne olabilir? Cevap özel bir kimyasal maddede gizli: termokromik malzeme.

Termokromik Malzeme Nedir?

Termokromik malzeme, sıcaklık değişimi nedeniyle renk değiştiren akıllı bir malzeme türüdür.

Nesneler, ışığın hangi dalga boyunda ışık soğurduklarına ve yansıttıklarına bağlı olarak farklı renklerde görünür. Termokromik malzemelerin sıcaklığı değiştiğinde kimyasal veya fiziksel yapıları da değişir. Böylece ışığın farklı dalga boylarını soğurur ve yansıtırlar. Dolayısıyla farklı sıcaklıklarda farklı renkte görünürler. Renk değişimi tersinir olabilir yani sıcaklığı arttığında rengi değişen bir malzeme soğutulduğunda ilk rengine dönebilir veya renk değişimi tersinir olmayabilir.

Temel olarak iki tür termokromik malzeme vardır: cep telefonlarında ve ekranlarda kullanılan sıvı kristaller ve löko boya olarak isimlendirilen organik maddeler. İlk olarak sıcaklık değiştiğinde sıvı kristallerin nasıl renk değiştirdiğini açıklayalım.

Liubomyr Vorona / iStock

Sıvı kristaller LCD ekranlarda kullanılır.

Kristal yapıdaki katı maddeler, örneğin buz eritildiğinde sıvı hâle geçer. Ancak bu sırada kristal yapı kendine has özelliklerini kaybeder. Bazı maddelerde ise katı kristal yapı ile sıvı yapı arasında bir geçiş fazı bulunur. Bu geçiş fazı sıvı kristal olarak isimlendirilir. Sıvı kristaller, kristal yapıdaki katıların özelliklerini göstermeye devam eden maddelerdir.

Sıvı kristallerin sıcaklığı artırıldığında moleküller arasındaki boşluklar genişler. Bu da ışıkla etkileştiğinde malzemenin yansıttığı ışığın dalga boyunun değişmesine neden olur. Dolayısıyla sıcaklık değiştiğinde malzemenin rengi de değişir.

Sıcaklık değişimiyle rengi değişen diğer bir malzeme türü löko boyalar. Löko boyalar, sıcaklık değişimine bağlı olarak renk değiştirebilmeleri için, farklı kimyasal maddelerin karıştırılması ile elde edilir. Löko boyalar biri renksiz, diğeri renkli olmak üzere iki farklı kimyasal yapıya sahip olabilir. Löko boyaların içinde bulunan diğer kimyasal maddeler, löko boyaların kimyasal yapısının sıcaklığa bağlı olarak bu iki form arasında değişmesini sağlar.

Termokromik malzemeler pek çok kullanım alanı olan malzemelerdir. Renk değiştiren oyuncaklar ve kumaşlar, sıcaklığın uygun seviyeye geldiğini gösteren biberonlar termokromik malzemelerin günlük hayatımızda kullanılan bazı örnekleri. Pencere camlarının termokromik malzemelerle kaplanmasıyla ısı kaybının azaltılmasına yönelik çalışmalar da yapılıyor.

Sıcaklığa bağlı olarak renk değiştiren bu malzemelerin yanı sıra pH, elektrik ve mekanik gibi farklı etkenlerle renk değiştiren malzemeler de bulunuyor. Kromik olarak isimlendirilen bu malzemelerin yeni nesil biyosensörlerin geliştirilmesinde ve Alzheimer, Parkinson, kanser gibi bazı hastalıkların erken teşhisinde kullanılmasına yönelik umut vadeden çalışmalar yapılıyor.

Nelere İhtiyacımız Var?

• PVA tutkal
• Boraks
• Termokromik toz
• Cam kap
• Isıya dayanıklı bardak
• Tatlı kaşığı
• Çay kaşığı
• Su
• Isıtıcı

Ne Yapıyoruz?

Ne Oldu?

Termokromik madde kullanarak yaptığımız slime, içinde ılık su bulunan bardağa temas ettiğinde, temas eden kısımda slime’ın içindeki termokromik maddenin kimyasal yapısı ısının etkisiyle değişti. Slime’a eklediğimiz termokromik maddenin rengi oda sıcaklığında koyu mordu. Slime’ı ılık bardağa temas ettirdiğimizde termokromik maddenin kimyasal yapısının değişmesi nedeniyle açık mor tonlarını oluşturan dalga boylarını yansıttı ve slime’ın rengi açık mora döndü. Slime’ı bardaktan uzaklaştırdığımızda, temas ettirdiğimiz kısmın sıcaklığı azalırken termokromik maddenin kimyasal yapısı ilk hâline döndü. Böylece slime’ın rengi başlangıçtaki gibi koyu mor oldu.

Slime’ın nasıl yapıldığını ve ilginç özelliklerinin nedenini daha önceki Slime Yapalım etkinliğimizden öğrenebilirsiniz.

Düşünelim!

Sıcaklığa bağlı olarak renk değiştirebilen malzemeleri başka hangi durumlarda kullanabiliriz?

Kaynaklar:

• Cheng, Y. ve ark., “Discoloration mechanism, structures and recent applications of thermochromic materials via different methods: A review.”, Journal of Materials Science & Technology, Cilt 34, Sayı 12, s. 2225-2234, 2018.
• Hussain, S. ve ark., “Polydiacetylene a unique material to design biosensors.", Materials Today: Proceedings, Cilt 65, Sayı 5, s. 2765-2772, 2022.
• https://edu.rsc.org/download?ac=14437
• https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/z6r7xfr/revision/3

Yazar Hakkında:

Dr. Sevda Seçer Esmer

İzmir Arkas Bilim ve Sanat Merkezi Fen Bilimleri Öğretmeni