کشف حالت چهارم برای آب توسط دانشمندان

وب‌سایت کلیک: آب، حیاتی ترین عنصر روی کره زمین است و حدود ۶۰ درصد بدن انسان را نیز تشکیل می‌دهد، و اکنون مشخص شد که این ماده عجیب تر از چیزی است که تا کنون تصور می شد.

محققینی که مشغول تحقیق بر روی خواص فیزیکی آب بوده اند، متوجه شدند زمانی که آن را بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس گرم می کنند "دمای متقاطق" را رد کرده و شروع به تبدیل بین دو حالت مایع می کند.

همه ما به سه حالت آب عادت کرده‌ایم و تصور اینکه حالتی به جز جامد، مایع و گاز داشته باشد، برایمان سخت است. اما از بسیاری جهات، آب ساده و قدیمی ما چیزی بر خلاف هر ماده دیگری در کره زمین است.

به استثنای جیوه، آب بالاترین کشش سطحی در بین مایعات را دارد. همچنین یکی از موادی است که حالت جامد آن می‌تواند روی حالت مایع خود شناور باشد و بر خلاف بسیاری از مواد شناخته شده، آب زمانی که یخ می زند، منبسط می شود.

این ماده همچنین نقطه جوش عجیبی دارد. در حالی که نقطه جوش سایر هیدروکسیدها مانند تلورید هیدروژن و سولفید هیدروژن، با کاهش سایز مولکولی کاهش میابد، اما H2O برای چنین وزن مولکولی کمی، نقطه جوش بالایی دارد.

فیلیپ بال در مجله نیچر اشاره می‌کند "هیچ‌کس به درستی آب را نمی‌شناسد. اعتراف به این نکته شرم آور است اما ماده ای که دو سوم سیاره ما را می پوشاند هنوز یک راز است. بدتر از همه این است که هرچه بیشتر بررسی می‌کنیم، مشکلات نیز بیشترمی شوند: تکنیک جدید اکتشاف ساختار مولکولی آب در حالت مایع، معماهای بیشتری را بر می انگیزاند."

اکنون فیزیکدانان نشان دادند که جایی بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس(۱۰۴ تا ۱۴۰ درجه فارنهایت) آب مایع می تواند تغییر حالت داده و خواص جدیدی را به نمایش بگذارد.

تیم بین المللی به سرپرستی فیزیکدانی با نام لورا مایسترو از دانشگاه آکسفورد، تعدادی از این خواص را بررسی کرده اند. آن ها مواردی همچون رسانش گرمایی، ضریب شکست، رسانایی، کشش سطحی و گذردهی نسبی را مد نظر داشته و این که این موارد چطور به نواسانات دمایی بین ۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس پاسخ می دهند.

زمانی که آب به ۴۰ درجه می رسد، همه چیز شروع به تغییر می کند و خواص تا ۶۰ درجه همچنان در حال تغییر بودند. هر یک از این خواص "دمای متقاطع" مختلفی در این آستانه داشتند و محققین معتقدند این امر به دلیل تغییر فاز آب است.

این تیم لیستی از این موارد تهیه کرده است: تقریبا۶۴ درجه سلسیوس برای رسانش گرمایی، ۵۰ درجه سلسیوس برای ضریب شکست، ۵۳ درجه برای رسانایی، و ۵۷ درجه برای کشش سطحی.

هنوز مشخص نیست دقیقا چه اتفاقی می افتد اما حقیقت این است که آب می‌تواند بین دو حالت کاملا متفاوت از مایع در دمای خاص، خواصی غیرعادی از خود نشان دهد.

مولکول های آب اتصالات بسیار کوتاهی بین یکدیگر دارند و این پیوند هیدروژنی ضعیف تر از پیوندهایی است که اتم های هیدروژن و اکسیژن بین خودشان دارند. به همین دلیل پیوندهای هیدروژنی که مولکول های آب را به هم وصل می کنند، دائما شکسته و مجدد برقرار می شوند با این وجود در این آشفتگی ساختار و قوانین مشخصی وجود دارد. فیزیکدانان می گویند همین مساله خواص غیرعادی به آب بخشیده است اما هنوز کسی دقیقا نمی‌داند که این قوانین چگونه کار می کنند.

نتایج به دست آمده توسط مایسترو و تیمش باید توسط یک تیم مستقل دیگر تکرار شود تا پس از آن بتوان آن را به سایر حالت های این ماده تعمیم داد و آن را به رسمیت شناخت. آن‌ها معتقدند کشفشان تاثیر زیادی بر درک نانو و سیستم های بیولوژیک خواهد داشت.

آن‌ها در مقاله خود نوشتند "برای مثال، خواص نوری نانو ذرات فلزی(طلا و نقره) پراکنده در آب و خواص انتشار…نقاط کوانتومی استفاده شده برای هدف قرار دادن تومورها، رفتار منحصر به فردی را در این دما نشان می دهند."