ارسال دیدگاه
امروز: یکشنبه , ۲۰ مهر , ۱۴۰۴
X
آب شاید در نگاه اول ساده به‌نظر برسد، اما رفتار آن بسیار پیچیده‌تر از تصور ما است. پژوهشگران ژاپنی نشان داده‌اند که وقتی مولکول‌های آب در فضاهای بسیار محدود قرار می‌گیرند، به‌طور همزمان می‌توانند رفتارهای جامد و مایع از خود نشان دهند. این حالت خاص که به‌نام «پیش‌ذوب» شناخته می‌شود، در این مطلب مورد بررسی قرار می‌گیرد.
تفاوت‌هایی که ما در مقیاس کلان بین آب مایع و یخ تجربه می‌کنیم، در سطح مولکولی آغاز می‌شوند. یخ (حالت جامد)، مولکول‌ها را در ساختارهایی محکم و منظم نگه می‌دارد، در حالی که آب (حالت مایع)، مولکول‌ها را آزادانه شناور می‌شوند و پیوسته پیوندها و ساختار را تشکیل داده و می‌شکنند. اما در حالت پیش‌ذوب، مولکول‌ها در موقعیت‌های ثابت قرار دارند (مانند یخ) اما با سرعت بالا می‌چرخند، همان‌طور که در مایع دیده می‌شود.
ماکوتو تادوکورو (Makoto Tadokoro)، شیمی‌دان دانشگاه علوم توکیو، می‌گوید: «حالت پیش‌ذوب شامل ذوب شدن مولکول‌های H2O با پیوندهای ناقص هیدروژنی است، پیش از آن‌که ساختار کاملاً یخ‌زده در فرآیند گرم شدن شروع به ذوب شدن کند. این حالت در واقع فاز جدیدی از آب را تشکیل می‌دهد که در آن لایه‌های یخ‌زده‌ی H2O و مولکول‌های کُندِ در حال حرکت H2O هم‌زیستی دارند.»
برای مشاهده‌ی این حالت عجیب، آزمایش پیچیده‌ای طراحی شد. ابتدا نوع خاصی از آب استفاده شد که در زندگی روزمره رایج نیست (آب سنگین یا D2O) که در آن اتم‌های هیدروژن با دوتریوم شامل ایزوتوپی از هیدروژن که یک نوترون در هسته دارد، جایگزین شدند.
این آب سنگین در فضاهای بسیار محدود یعنی جایی که رفتارهای غیرعادی ظاهر می‌شوند، قرار گرفت. پژوهشگران کریستال‌هایی میله‌ای‌شکل با کانال‌هایی بسیار باریک به عرض تنها ۱.۶ نانومتر ساختند، سپس آب سنگین را در آن‌ها منجمد نموده و سپس به‌آرامی گرم کردند.
در نهایت، فرآیند با استفاده از طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) حالت جامد دوتریوم بررسی شد. نتایج نشان داد که مولکول‌ها ساختاری سلسله‌مراتبی و سه‌لایه‌ای با انواع مختلفی از حرکت و تعامل در هر لایه تشکیل داده‌اند.
حالت پیش‌ذوب احتمالاً برای ما آشناست که به‌صورت لایه‌ی نازکی از آب روی سطح یخ تشکیل می‌شود، حتی زمانی که دما هنوز زیر نقطه‌ی انجماد است. اما این پدیده در یخ حجیم به‌گونه‌ای متفاوت از حالت محصورشده رخ می‌دهد.
پیش‌تر نیز مشخص شده بود که آب در مقیاس نانو رفتارهای عجیبی دارد و ویژگی‌های الکتریکی آن تغییر می‌کند که می‌توان آن را حتی در دماهای نزدیک به صفر مطلق «غیرقابل انجماد» کرد یا در دماهایی که باید در حال جوشیدن باشد، به‌صورت جامد درآورد. به گفته‌ی تیم پژوهشی، بهره‌گیری از این ویژگی‌های عجیب می‌تواند کاربردهای عملی نیز داشته باشد.
تادوکورو می‌گوید: «با ایجاد ساختارهای جدید شبکه یخی، ممکن است بتوان گازهایی مانند هیدروژن و متان را ذخیره کرد و مواد مبتنی بر آب مانند هیدرات‌های گازی مصنوعی را توسعه داد».
دانلود آهنگ
طراحی و اجرا :
وین تم
هر گونه کپی برداری از طرح قالب یا مطالب پیگرد قانونی خواهد داشت ، کلیه حقوق این وب سایت متعلق به وب سایت تک فان است
دیدگاهتان را بنویسید