فاز مرموز جدیدی از آب مشاهده شد!
مجله علمی ایلیاد - «آنجل»، استاد دانشکدهی علوم مولکولی آریزونا، بخش مهمی از حرفهی خود را صرف ردیابی بعضی از ویژگیهای فیزیکی کمیاب آب نموده است. آنجل و همکارانش از دانشگاه آمستردام تحقیقات جدیدی را بر روی آب انجام دادند و نتایج آن در مجلهی ساینس ۹ مارس ۲۰۱۸ منتشر شد، آنها برای اولینبار، توانستند یکی از خصوصیات بسیار جالب آب را که توسط نظریهپردازان آب پیش بینی شده بود مشاهده کنند. این خصوصیت جالب این است که تحت شرایط خاص و فوق خنک کافی، آب ناگهان از مایعی به مایع دیگر تغییر خواهد کرد.
مایع جدید هنوز آب است، اما از چگالی پایینتر و چیدمان متفاوت مولکولهای متصل به هیدروژنی بهره میبرد که باندهایی با اتصال قویتر را تولید میکنند و باعث میشود مایع چسبناکتر باشد. این کشف هیچ ارتباطی به «پلی واتر» ندارد. آنجل با اشاره به تحقیقی که چند دهه قبل انجام شده بود، بیان داشت که این پدیدهی جدید حالت انتقال فاز مایع به مایع است و تاکنون تنها در شبیهسازی کامپیوتری مدلهای آبی مشاهده شده است.
مشکل مشاهدهی این پدیده بهطور مستقیم در آب واقعی این است که با اینکه نظریه میگوید این اتفاق رخ خواهد داد، اما آب واقعی بهطور ناگهانی به شکل یخ، کریستالی میشود. این پدیده که «پردهی کریستالی» نامیده میشود، در تمام دهههای گذشته مانع از درک فیزیک آب و تحلیل زیستشناسی آن شده است. آنجل در ادامه سخنانش بیان داشت: «دامنهی بین دمای کریستالی شدن و دمای بسیار پایینتری که در آن آب در طی گرمایش بلوری میشود، با اصطلاح زمین بی آب و علف شناخته میگردد. ما راهی را کشف کردهایم که به واسطهی آن میتوانیم پرده کریستالی را کنار بزنیم و آنچه را که در ورای آن اتفاق میافتد، مشاهده کنیم. انتقال فاز آب برای بسیاری از برنامه های کاربردی بسیار مهم است. بهعنوان مثال، ترک خوردن جادههای بتنی و مسیرهای پیادهروی در زمستان که به علت انتقال فاز آبی که در زیر بتن وجود دارد از حالت مایع به یخ رخ میدهد.»
انتقال فاز بین حالتهای مایع که در کار فعلی شرح داده شده است، شبیه به حالت انتقال به فاز یخ است، اما در دمای بسیار پایینتری در حدود منفی۹۰ درجه سانتیگراد و در شرایط فوقالعاده سرد رخ میدهد. آنجل در ادامه توضیح میدهد که چند سال پیش او و متخصص تحقیقاتیاش «زوفینگ ژائو»، رفتار حرارتی نوعی محلول آبی خاص ایدهآل را برای کشف آمیختگی و پخش شدن پروتئینهای کروی، مورد مطالعه قرار دادند. آنها میخواستند توانایی این محلولها را در شرایط فوق سرد و سپس شیشهای شدن مشاهده کنند. در ادامه تحلیل محدودیت دامنهی شیشهای، آنها آب بیشتری را بهمنظور افزایش احتمال کریستالی شدن بدان اضافه نمودند و دریافتند که در نهایت بهجای اینکه افزایش گرما باعث کریستالی شدن یخ شود، باعث تشکیل فاز مایع جدیدی میشود.
مایع جدید به شدت چسبناک و شیشه مانند بود. علاوه بر این، با تغییر درجه حرارت، آنجل و ژائو متوجه شدند که میتوانند فاز جدید را قبل از اینکه یخ شروع به کریستالی شدن کند، مجدداً به محلول اصلی تبدیل کنند. آنجل میگوید: «این مشاهدات، که در مجلهی Angewandte Chemie، چاپ شده بود، توجه زیادی را به سوی خود جلب کرد، اما اطلاعات ساختاری برای توضیح آنچه اتفاق میافتاد، وجود نداشت.»
این تغییر زمانی رخ داد که آنجل دو سال پیش از دانشگاه آمستردام بازدید کرد و «ساندر وارتسن»، متخصص طیفسنجی مادون قرمز را که به جنبههای ساختاری این پدیده علاقهمند شده بود، ملاقات کرد. در مقالهای علمی، گروه وارتسن نشان دادند که ساختارهایی که در انتقال فاز مایع به مایع دخیل هستند، دارای اثرات طیفی مشابهی هستند و این امر در الگوی پیوند هیدروژنی که در دو شکل شیشهای شناخته شدهی یخ که توسط فرآیندهای جایگزین ایجاد شده، قابل مشاهده است.
آنجل در پایان سخنانش گفت: «انتقال فاز مایع به مایع در حال حاضر بهعنوان تجزیه و تحلیل زندهی تغییر بین دو حالت شیشهای آب خالص که در سال ۱۹۹۴ گزارش شده بود، با استفاده از فشار خالص بهعنوان نیروی محرکه در نظر گرفته میشود. این رفتار در میان هزاران مایع مولکولی شناخته شده، تقریباً منحصربهفرد است. من فکر میکنم تنها چند مایع دیگر قادر به بروز چنین علائمی از خود باشند، اما این امر تا به امروز اثبات نشده است.»
نوشته: ScienceDaily
ترجمه: سهیلا دوستپژوه - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: سهیلا دوستپژوه - مجله علمی ایلیاد