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
جنگلی‌ترین کشورهای قاره اروپا کدامند؟ (+ اینفوگرافیک) اسرار سکونت هزار ساله در شهر زیرزمینی «قدبرا» الیگودرز قانون ۲۰ درجه برای کولر گازی چیست؟ روشی جدید برای درمان افسردگی ترامپ: یادداشت تفاهم با ایران «کمی مفهومی» است کشاورز ژاپنی با هوش مصنوعی مزارع خود را متحول کرد درباره افاضات توهم‌پرداز معاصر، محمود نبویان: "روی سینه آمریکا نشسته بودیم و داشتیم کار را تمام می کردیم که مذاکره شد!" دختر «خانِ فرمانیه» با لباس عروس؛ 97 سال قبل (عکس) تفاوت موشک‌های سوخت جامد و مایع چیست؟ مکزیک ۲-۰ آفریقا جنوبی/ اینجا در مکزیک حال همه خوب است اولین دیدار امنیتی ایران - امارات بعد از جنگ احتمال توافق ايران و آمریکا / ترامپ: شنبه یا یکشنبه، توافق در اروپا امضا می شود / الحدث: قطری ها موافقت ایران را به آمریکا منتقل کردند/ تماس تلفنی امیر قطر و ترامپ / جزئیات توافق: کاهش تحریم ، لغو محاصره و بازگشایی تنگه هرمز بقایی: تفاهم نهایی نشده است رایزنی امیر قطر با ترامپ درباره ایران و کاهش تنش در منطقه فارس: ایران هنوز هیچ متنی را برای توافق تایید نکرده