آب می‌تواند دو حالت مختلف مایع داشته باشد!

وبسایت بیگ بنگ - منصور نقی لو: هر آنچه که راجع به H۲O می دانید، فراموش کنید. آب یکی از اساسی ترین مولکول های روی زمین است. دانشمندان بتازگی دریافته اند که این مولکول چه ماده عجیب و غریبی است. محققان کشف کردند آب در دو حالت ِ مایع مختلف قرار دارد که اینها تفاوت های چشمگیری به لحاظ ساختار و چگالی دارند.

فیزیکدانان دانشگاه استکهلم با استفاده از پرتوهای ایکس برای مطالعه H۲O با جزئیاتی بی سابقه به شواهدی دست پیدا کرده اند که آب مایعی که ما می شناسیم و عاشقش هستیم، دارای دو فاز است؛ در حقیقت، بین چگالی کم و زیاد نوسان می کند. لارس پترسون، بیان کرد: نتایج جدید قویاً از این ایده پشتیبانی می کند که آب در دمای اتاق نمی تواند تصمیم بگیرد که باید در کدام یک از دو حالت "چگالی کم و چگالی زیاد" باشد. لذا میان این دو حالت نوسان می کند.

بیشتر ما در دوره دبیرستان یاد گرفته‌ایم که آب در سه حالت مختلف وجود دارد: آب مایع، یخ جامد و بخار آب. اما به این سادگی ها نیست. آب میتواند در حالت پلاسما مانند عجیبی باشد. حتی آن سه حالت استاندارد تعیین شده برای آب بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که تصور می کنید. برای مثال، به استثنای جیوه، آب بالاترین تنش سطحی را در بین تمامی مایعات دارد. برخلاف هر ماده شناخته شده ای، آب در زمان انجماد منبسط می شود. علاوه بر این، اگرچه نقطه جوش سایر هیدریدها از قبیل هیدروژن تلورید و هیدروژن سولفید با کاهش اندازه مولکول شان رو به کاهش می گذارد، اما آب دارای نقطه جوش بسیار بالایی برای چنین وزن مولکولی کم می باشد.

دانشمندان موفق به شناسایی هفتاد ویژگی برای آب شده اند که با تمام ویژگی های سایر مواد مایع فرق دارد. یکی از نکات عجیبی که از مدت ها پیش مورد بحث بوده، این است که آیا آب بیش از یک فاز مایع دارد یا خیر. محققان به این موضوع واقف هستند که یخ نمی تواند در حالتی متفاوت با چگالی زیاد و چگالی کم وجود داشته باشد. منظور ما از یخ آن چیزی نیست که شما از جعبه های مکعبی حاوی یخ در یخچال خانه تان بر می دارید؛ این یخ با عنوان یخ بلوری شناخته می شود که نظم بسیار بالایی دارد و تک تک مولکول های آن در الگویی تکرار شونده قرار گرفته اند.

اما آب در حالت دیگری به نام یخ غیر بلوری هم وجود دارد که مولکول های آن فاقد نظم اند. اگرچه اکثر ما آشنایی کافی با این ماده نداریم، اما احتمالا یخ غیر بلوری متداول ترین نوع آب جامد یافت شده در سرتاسر جهان است و میتواند بین دو حالت چگالی زیاد و چگالی کم نوسان کند. به همین منظور، گمان محققان بر این است که شاید آب مایع از چنین قابلیتی برخوردار باشد. اما تاکنون هیچکس قادر به مطالعه تغییرات مولکولی آن با جزئیات کافی نشده تا بطور کامل سر از اتفاقات در بیاورد. در تحقیقات جدید از دو نوع تصویر برداری پرتو ایکس برای بررسی حرکت و فاصله میان مولکول های H۲O در زمان تبدیل شدن از حالت مایع منجمد غیر بلوری به یک مایع گران رو استفاده شد. ما حصل این کار، دستیابی به شواهدی از وجود دو فاز مایع مختلف بود.

یکی از محققان به نام آندرس نیلسون خاطر نشان کرد: ویژگی قابل توجه جدید این است که آب میتواند در دماهای پایین بصورت دو مایع مختلف وجود داشته باشد که در آن سرعت بلوری شدن یخ پایین است. قبل از این که تغییراتی در کتب درسی به وجود بیاوریم، سایر تیم های پژوهشی مستقل باید به مطالعات خود جهت تصدیق این نتایج ادامه بدهند. اما این اولین بار نیست که دانشمندان در خصوص حالت دوم مایع سخن به میان آورده اند.

سال گذشته، تیمی از دانشگاه آکسفورد نشان داد که آب مایع نمی تواند در بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس تغییر حالت بدهد و بسته به حالاتی که در آن نوسان می کند، مجموعه ای کاملا جدید از ویژگی ها را بروز میدهد. نکته مهمتر اینکه، تحقیقات جدید قطعه دیگری به این پازل اضافه می کند تا رفته رفته از ویژگی های خارق العاده و عجیب این ماده فراوان پرده برداشته شود. هیچ کس از آب سر در نمی آورد. پذیرش این ادعا واقعا خجالت آور است، ولی ماده ای که دو سوم سیاره ما را تحت پوشش قرار داده هنوز بصورت یک راز باقی مانده است. هر قدر بیشتر به بررسی این ماده می پردازیم، نکات و مسائل بیشتری نمایان می شود. بررسی های جدید از ساختار مولکولی آب مایع نشان از نکات بیشتری دارد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Proceedings of the national academy of sciences منتشر شده است.