كمك به كشف چرایی عجیب بودن آب
اولین مشاهده کشش کوانتومی آب
پارسی کاو: آب رفتارهای عجیبی دارد و تحقیقات جدید همچون اولین مشاهدات از کشش کوانتومی آن ممکنست به ارائه توضیحات پیرامون این راز کمک نماید.
به گزارش پارسی کاو به نقل از ایسنا و به نقل از نیواطلس، آب بیش از نیمی از بدن انسان را تشکیل می دهد و حدود ۷۰ درصد از سطح زمین را پوشانده است، اما هنوز چیزهای زیادی در مورد آب وجود دارد که ما از چرایی آنها بی خبریم.
دانشمندان با بهره گیری از ابزارهای پیشرفته برای مطالعه جت ها یا فواره های میکروسکوپی مایع، مولکول های آب را درحال هل دادن و کشیدن یکدیگر در چیزی که بعنوان "کشش کوانتومی"(quantum tug) توصیف شده است، مشاهده نمودند. این پدیده ای است که تا حالا بطور مستقیم دیده نشده بود و ممکنست به توضیح تعدادی از رفتارهای عجیب آب کمک نماید.
این تحقیقات پیشگامانه توسط دانشمندان دانشگاه "استنفورد" و دانشگاه "استکهلم" انجام شد و آنها به دنبال کشف نیروهایی بودند که مولکول های آب را در کنار هم نگه می دارند.
در هر مولکول آب یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن وجود دارد. اتم های هیدروژن دارای بار مثبت در یک مولکول به اتم های اکسیژن با بار منفی در مولکول دیگر جذب می شوند که این امر موجب اتصال مولکول های آب به یکدیگر می شود.
آب دارای خواص عجیبی است که آنرا از بسیاری مایعات دیگر متمایز می کند و خیلی از قوانین مربوط به آنچه مایعات باید آنگونه رفتار کنند را زیر پا می گذارد. بعنوان مثال یک تکه کره جامد روی لیوانی از کره ذوب شده شناور نمی ماند، اما وقتی چند تکه یخ را در یک لیوان آب بریزید، روی آب می ماند. آب همین طور کشش سطحی فوق العاده ای را به وجود می آورد که حشرات را قادر می سازد تا روی سطح آن بایستند و از روی آن عبور کنند و همین طور توانایی خوبی در ذخیره گرما و ثابت نگه داشتن دمای اقیانوس دارد.
دانشمندان براین باورند که درک بهتر پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ها می تواند به توضیح این خواص عجیب کمک نماید و نویسندگان این مطالعه جدید گام مهمی در این راستا برداشته اند.
"جی یانگ" سرپرست این مطالعه می گوید: برای مدتی طولانی، پژوهشگران در تلاش بودند تا شبکه پیوند هیدروژنی را با بهره گیری از تکنیک های طیف سنجی درک کنند. زیبایی این آزمایش این است که ما برای نخستین بار توانستیم نحوه حرکت این مولکول ها را مستقیماً مشاهده نماییم.
دلیل دشواریِ مشاهده این پدیده این است که حرکت پیوندهای هیدروژنی بسیار سریع و بسیار ظریف است. اما دانشمندان با استقرار یک "دوربین الکترونی" با سرعت بالا، که از پرتوی قدرتمندی از الکترون ها استفاده می نماید و حرکات مولکولی بسیار ظریف را آشکار می کند، پیوندهای هیدروژنی را در حین حرکت رصد کردند.
این آزمایشات شامل جت های بسیار ریز آب با ضخامت ۱۰۰ نانومتر یا حدود ۱۰۰۰ بار نازک تر از یک تار موی انسان بود که نور مادون قرمز به آن شلیک شده و موجب لرزش مولکول های آب شد. سپس از دوربین الکترونی برای ایجاد تصاویر با وضوح بالا از اتم های درحال تغییر درون مولکول های آب استفاده شد که نحوه تعامل آنها را نشان داد.
هنگامی که مولکول های برانگیخته آب آغاز به ارتعاش می کنند، اتم های هیدروژن آغاز به کشیدن اتم های اکسیژن در مولکول های همسایه می کنند و آنها را به هم نزدیک می کنند و سپس با قدرت بیشتر آنها را دفع می کنند. این عمل که بعنوان "کشش کوانتومی" توصیف می شود، فضای بین مولکول ها را گسترش می دهد.
"آندرس نیلسون" از پژوهشگران این مطالعه می گوید: بااینکه این اثر به اصطلاح "کوانتومی هسته ای" مسئول خیلی از خواص عجیب آب است، اما این آزمایش نخستین بار است که بطور مستقیم آنرا مشاهده می کند. سوال این است که آیا این اثر کوانتومی می تواند حلقه مفقوده در مدلهای نظری باشد که خاصیت های عجیب آب را توصیف می کنند؟
دانشمندان امیدوارند از این روش برای درک بهتر خواص غیر معمول آب استفاده کنند. این کار می تواند منجر به درک بهتر نه فقط خود آب، بلکه نقش آن در موجودات زنده شود.
"شیجی وانگ" از پژوهشگران این مطالعه می گوید: این مطالعه واقعاً پنجره جدیدی را رو به مطالعه آب باز کرده است. حالا که سرانجام شاهد حرکت پیوندهای هیدروژنی هستیم، می خواهیم این حرکات را با تصویر گسترده تری مرتبط نماییم که می تواند چگونگی منجر شدن آب به بقای حیات بر روی زمین را آشکار کند و همین طور توسعه روش های انرژی تجدیدپذیر را به همراه داشته باشد.
این تحقیق در مجله Nature انتشار یافته است.
منبع: پارسی كاو
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب