۰۹ بهمن ۱۴۰۴
به روز شده در: ۰۹ بهمن ۱۴۰۴ - ۱۰:۴۳
فیلم بیشتر »»
کد خبر ۱۱۰۳۱۴۴
تاریخ انتشار: ۰۴:۳۰ - ۲۲-۰۷-۱۴۰۴
کد ۱۱۰۳۱۴۴
انتشار: ۰۴:۳۰ - ۲۲-۰۷-۱۴۰۴

هم مایع هم یخ؛ کشف حالتی عجیب از آب در مقیاس نانو

هم مایع هم یخ؛ کشف حالتی عجیب از آب در مقیاس نانو
پژوهشگران ژاپنی حالتی مرموز از آب را کشف کرده‌اند که در آن، مولکول‌ها هم‌زمان ویژگی‌های مایع و جامد را از خود بروز می‌دهند.

آب که معمولاً مایه‌ی حیات و نماد سادگی به شمار می‌آید، در واقع رفتاری بسیار پیچیده‌تر از تصور ما دارد. به‌تازگی، پژوهشگران در ژاپن کشف کرده‌اند که وقتی مولکول‌های آب در فضاهای بسیار تنگ و محدود قرار گیرند، می‌توانند هم‌زمان ویژگی‌های مایع و جامد را از خود بروز دهند؛ حالتی مرموز که نگاه تازه‌ای به رفتار این ماده‌ی بنیادین می‌گشاید.

به گزارش زومیت، در مقیاس مولکولی، تفاوت بین آب مایع و یخ از نحوه‌ی آرایش مولکول‌ها ناشی می‌شود. در یخ، مولکول‌های H₂O در ساختاری منظم و سفت قفل شده‌اند، اما در آب مایع، آزادانه حرکت می‌کنند و پیوندهای هیدروژنی خود را به‌طور مداوم می‌سازند و می‌شکنند.

کشف حالت پیش‌ذوب فاز تازه‌ای از آب را آشکار می‌کند

در پژوهش جدید، دانشمندان به حالتی میان این دو دست یافته‌اند: مولکول‌ها مانند یخ در جای ثابتی قرار دارند، اما مانند آب به سرعت می‌چرخند. این پدیده که «حالت پیش‌ذوب» نام دارد، فاز تازه‌ای از آب را نشان می‌دهد که تا پیش از این، مشاهده‌ی مستقیم آن ممکن نبود.

به گفته‌ی ماکوتو تادوکورو، شیمی‌دان از دانشگاه علوم توکیو، حالت پیش‌ذوب شامل ذوب‌شدن مولکول‌های H₂O با پیوندهای ناقص پیش از آغاز ذوب کامل ساختار یخ در هنگام گرم‌شدن است. او توضیح می‌دهد که این وضعیت در واقع حالتی نوین است که در آن، لایه‌های منجمد و لایه‌هایی از مولکول‌های کند‌حرکت H₂O به طور هم‌زمان در کنار هم وجود دارند.

آب در مقیاس نانو
 چپ: آب فوق‌سرد (سبز) در نانوحفره. راست: خوشه‌های مولکول آب در حالت پیش‌ذوب که ترکیبی از مولکول‌های آب مایع و یخ را نشان می‌دهد.

پژوهشگران برای ثبت رفتار عجیب آب، از روشی بسیار دقیق بهره بردند. ابتدا از «آب سنگین» یا D₂O استفاده کردند که در آن اتم‌های هیدروژن با ایزوتوپ «دوتریوم» جایگزین می‌شوند؛ اتمی که یک نوترون اضافه دارد. این آب در کانال‌هایی فوق‌العاده باریک و آب‌دوست با پهنای تنها ۱٫۶ نانومتر محصور، سپس منجمد و به‌آرامی گرم شد. با استفاده از رزونانس مغناطیسی هسته‌ای دوتریوم در حالت جامد، پژوهشگران توانستند ساختاری سه‌لایه و سلسله‌مراتبی را مشاهده کنند که هر لایه، حرکت و برهم‌کنش متفاوتی دارد.

پدیده‌ی پیش‌ذوب در مقیاس ماکرو، حتی در دماهای زیر صفر به شکل لایه‌ی نازکی از آب روی سطح یخ ظاهر می‌شود. اما در ابعاد نانومتری، رفتار آن کاملاً متفاوت است. پژوهش‌های پیشین نیز نشان داده بودند که آب در مقیاس نانو رفتارهایی غیرمعمول دارد: می‌تواند در دمای نزدیک به صفر مطلق از یخ‌زدن بازبماند، یا در دمایی که باید بجوشد، منجمد شود.

به باور پژوهشگران، درک رفتارهای مرموز آب می‌تواند راه را برای کاربردهای نو باز کند. تادوکورو می‌گوید: «با ساخت شبکه‌های تازه در ساختار یخ، ممکن است بتوان گازهای پرانرژی مانند هیدروژن و متان را ذخیره کرد و مواد جدیدی از جمله شبه‌هیدرات‌های گازی مصنوعی را بر پایه‌ی آب توسعه داد.»

پژوهش در مجله‌ی انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.

برچسب ها: یخ ، مایع ، آب
ارسال به دوستان
بارش برف و باران در ۲۰ استان کشور نمایش فولکس واگن تیونینگ با رینگ‌های لکسانی (+عکس) در صورت حمله ترامپ به ایران، اهداف احتمالی چه خواهد بود؟ سقوط یک هواپیما در مرز کلمبیا و ونزوئلا/ همه سرنشینان کشته شدند پروژه «آگری‌نستور»؛ همزیستی خلاقانه کشاورزی و سکونت در معماری ویتنام (+عکس) تغییرات محسوسی که بعد از ترک قهوه دچارش می‌شوید یونیسف: یک میلیون کودک در غزه نیازمند حمایت فوری روانشناسی هستند چرا اخراج یک ژنرال ارشد، ارتش چین را وارد بحران کرده است؟ نماینده مجلس: دشمن با انتشار اسامی فرزندان مسئولان در خارج، قصد ناامید کردن مردم را دارد مرسدس بنز ۱۷۰ H؛ چرا شبیه فولکس واگن بیتل است / پای کپی در میان است یا دلیل دیگری دارد؟! (+عکس) "شخصیت" سپری در برابر آلزایمر گزارش عملیات دو برادر آمریکایی در جنگ سرد: وزیر خارجه و رئیس سیا زیباکلام: تندروها سرشان را زیر برف کرده اند و اساسا نمی‌خواهند واقعیت‌های کشور را ببینند فورد رقبا را به چالش کشید: رانندگی تمام خودران سطح ۳ تا سال ۲۰۲۸ فراگیر می‌شود هنر ترکیب تصاویر؛ نگاهی به کلاژهای مینیمال و سوررئال فونتانزی (+عکس)