هر آنچه درباره‌ی H2O می‌دانید، فراموش کنید. آب یکی از بنیادی‌ترین مولکول‌های روی زمین است. دانشمندان به‌تازگی دریافته‌اند که این مولکول چه ماده‌ی شگفت و غریبی است. پژوهشگران پی برده‌اند که آب دو حالتِ مایعِ گوناگون دارد، که این‌ها تفاوت‌های چشم‌گیری به لحاظ ساختار و چگالی دارند.
به گزارش بیگ‌بنگ، فیزیک‌دانان دانشگاه استکهلم با به‌کارگیریِ پرتوهای ایکس برای مطالعه‌ی H۲O با جزییاتی بی‌سابقه، به نشانه‌هایی دست یافته‌اند که آبِ مایعی که ما می‌شناسیم و عاشقش هستیم، دارای دو فاز است؛ در حقیقت، میان چگالی کم و زیاد نوسان می‌کند. «لارس پترسن» در این باره می‌گوید: یافته‌های تازه با استواری از این ایده پشتیبانی می‌کنند که آب در دمای اتاق نمی‌تواند تصمیم بگیرد که باید در کدام یک از دو حالت «چگالی کم یا چگالی زیاد» باشد. از همین رو، میان این دو حالت نوسان می‌کند.
بیش‌تر ما در دوره‌ی دبیرستان یاد گرفته‌ایم که آب در سه حالتِ گوناگون وجود دارد: آب مایع، یخ جامد و بخار آب. اما موضوع به این سادگی‌ها نیست. آب می‌تواند حالت پلاسما‌مانند عجیبی نیز داشته باشد. حتا آن سه حالت استاندارد تعیین‌شده برای آب هم بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی هستند که می‌پنداشتیم. برای نمونه، به استثنای جیوه، آب بالاترین تنش سطحی را در میان همه‌ی مایعات دارد. برخلاف هر ماده‌ی شناخته‌شده‌ای، آب در زمان انجماد منبسط می‌شود. افزون بر این، اگرچه نقطه‌ی جوش دیگر هیدریدها همچون هیدروژن‌تلورید و هیدروژن‌سولفید با کاهش اندازه‌ی مولکول شان رو به کاهش می‌گذارد، آب نقطه‌ی جوش بسیار بالایی برای چنین وزن مولکولیِ کمی دارد.
دانشمندان توانسته‌اند هفتاد ویژگی برای آب شناسایی کنند که با همه‌ی ویژگی‌های دیگر مواد مایع فرق دارد. یکی از نکات شگفتی که از مدت‌ها پیش مورد بحث بوده، این است که آیا آب بیش از یک فاز مایع دارد یا نه. پژوهشگران این موضوع را می‌دانند که یخ نمی‌تواند در حالتی متفاوت با چگالی زیاد و چگالی کم وجود داشته باشد. منظور ما از یخ آن چیزی نیست که شما از جعبه‌های مکعبی حاوی یخ در یخچال خانه‌تان برمی‌دارید؛ این یخ با عنوان «یخ بلوری» شناخته می‌شود، که نظم بسیار بالایی دارد و تک‌تک مولکول‌های آن در الگویی تکرارشونده قرار گرفته‌اند.
اما آب در حالت دیگری به نام «یخ غیربلوری» هم وجود دارد که مولکول‌های آن بی‌نظم‌اند. اگرچه بیش‌تر ما آشنایی کافی با این ماده نداریم، احتمالاً یخ غیربلوری متداول‌ترین نوع آب جامد یافت‌شده در سرتاسر جهان است و می‌تواند میان دو حالتِ چگالی زیاد و چگالی کم نوسان کند. به همین خاطر، گمانِ پژوهشگران بر این است که شاید آب مایع از چنین قابلیتی برخوردار باشد؛ اما تاکنون هیچ‌کس نتوانسته تغییرات مولکولی آن را با جزییات کافی بررسی کند، تا به‌طور کامل سر از رخدادهایش دربیاورد. در پژوهش‌های تازه از دو نوع تصویربرداری پرتو ایکس برای بررسی حرکت و فاصله‌ی میان مولکول‌های H۲O در زمان تبدیل شدن از حالت مایع منجمد غیربلوری به یک مایع گران‌رو استفاده شد. نتیجه‌ی این کار، دست‌یابی به نشانه‌هایی از وجود دو فاز مایعِ گوناگون بود.
یکی از پژوهشگران به نام «آندرس نیلسن» خاطرنشان کرد: ویژگی شایان‌توجه جدید این است که آب می‌تواند در دماهای پایین به صورت دو مایع مختلف وجود داشته باشد، که در آن، سرعت بلوری شدنِ یخ پایین است. پیش از این که تغییراتی در کتب درسی پدید بیاوریم، دیگر گروه‌های پژوهشیِ مستقل باید مطالعات خود را در راستای تصدیق این یافته‌ها پی بگیرند. اما این نخستین بار نیست که دانشمندان درباره‌ی حالت دوم مایع سخن به میان آورده‌اند.
سال گذشته، گروهی از دانشگاه آکسفورد نشان داد که آب مایع نمی‌تواند در ۴۰ تا ۶۰ درجه‌ی سلسیوس تغییر حالت بدهد و بسته به حالاتی که در آن نوسان می‌کند، مجموعه‌ای یکسره تازه از ویژگی‌ها را بروز می‌دهد. نکته‌ی مهم‌تر این که: تحقیقات تازه قطعه‌ی دیگری به این پازل می‌افزاید تا اندک‌اندک از ویژگی‌های خارق‌العاده و شگفتِ این ماده‌ی پرکاربرد و فراوان پرده برداشته شود. هیچ‌کس از آب سر درنمی‌آورد. پذیرش این ادعا واقعا شرم‌آور است، ولی ماده‌ای که دو سوم سیاره‌ی ما را پوشانده، هنوز به صورت یک راز بر جا مانده است. هر اندازه بیش‌تر به بررسی این ماده می‌پردازیم، نکات و مسائل بیش‌تری نمایان می‌شود. بررسی‌های تازه از ساختار مولکولی آبِ مایع نشان از نکات بیش‌تری دارند. جزییات بیش‌تر این پژوهش در مجله‌ی Proceedings of the national academy of sciences منتشر شده است.
برگرفته از : وبگاه علمی «بیگ‌بنگ»
ویرایش : امیریاشار فیلا
|
|
