محققان ثابت کردند آب دارای حالت مایع چندگانه با خصوصیات کاملاً متفاوت است

یک مقاله تازه منتشر شده از مجله Science نشان می دهد که آب می تواند به عنوان دو مایعات با چگالی متفاوت وجود داشته باشد.

آب مایعی در همه جا است که دارای خواص بسیار منحصر به فردی است. نحوه پاسخ دادن به تغییرات فشار و دما می تواند کاملاً متفاوت از مایعات دیگری باشد که می شناسیم و این ویژگی ها برای بسیاری از کاربردهای عملی و به ویژه برای زندگی که ما می شناسیم ضروری است.

مدت هاست که علت این ناهنجاری ها منبع الهام علمی با توضیحات مختلف نظری است ، اما اکنون یک تیم بین المللی از محققان ، شامل Nicolas Giovambattista ، استاد مرکز تحصیلات تکمیلی ، CUNY و رئیس گروه فیزیک کالج بروکلین ، ثابت کرد که آب می تواند در دو حالت مختلف مایع وجود داشته باشد – یافته ای که می تواند بسیاری از خصوصیات ناهنجار آب را توضیح دهد. تحقیقات آنها در مقاله ای منتشر شده است که در شماره 20 نوامبر ژورنال Science منتشر شده است .

احتمال وجود آب در دو حالت مختلف مایع تقریباً 30 سال پیش بر اساس نتایج بدست آمده از شبیه سازی های رایانه ای ارائه شده است. ”Giovambattista گفت. “این فرضیه ضد شهودی یکی از مهمترین س questionsالات در شیمی و فیزیک آب و از زمان آغاز آن یک سناریوی بحث برانگیز بوده است. این به این دلیل است که آزمایشاتی که می توانند به دو حالت مایع در آب دسترسی پیدا کنند ، به دلیل تشکیل یخ ظاهراً اجتناب ناپذیر در شرایطی که این دو مایعات باید وجود داشته باشد ، بسیار چالش برانگیز بوده است.

حالت معمول “مایع” آبی که همه ما با آن آشنا هستیم مربوط به آب مایع در دمای طبیعی (تقریباً 25 درجه سانتیگراد) است. با این حال ، مقاله نشان می دهد که آب در دمای پایین (تقریباً 63- درجه سانتیگراد) در دو حالت مختلف مایع وجود دارد ، یک مایع با چگالی کم در فشار کم و یک مایع با چگالی بالا در فشار زیاد. این دو مایعات به طور محسوسی از خصوصیات مختلفی برخوردار هستند و از نظر تراکم 20٪ تفاوت دارند. نتایج حاکی از آن است که در شرایط مناسب ، آب باید به عنوان دو مایعات غیر قابل اختلاط وجود داشته باشد که با یک رابط نازک شبیه به همزیستی روغن و آب از هم جدا شده اند.

از آنجا که آب یکی از مهمترین مواد روی زمین است – همانطور که ما آن را حلال زندگی می دانیم – رفتار فاز آن در زمینه های مختلف از جمله بیوشیمی ، آب و هوا ، انجماد ، انجماد ، کریوبیولوژی ، علوم مواد و بسیاری از فرآیندهای صنعتی که آب به عنوان یک حلال ، محصول ، واکنش دهنده یا ناخالصی عمل می کند. از این رو مشخص می شود که ویژگی های غیرمعمول در رفتار فازی آب مانند وجود دو حالت مایع می تواند بر کاربردهای علمی و مهندسی بیشماری تأثیر بگذارد.

Giovambattista گفت: “این یک سوال باز است که چگونه وجود دو مایعات بر رفتار محلول های آبی به طور کلی تأثیر می گذارد و به طور خاص ، چگونه این دو مایعات ممکن است بر روی مولکول های زیستی در محیط های آبی تأثیر بگذارند”. “این انگیزه مطالعات بیشتر در جستجوی برنامه های بالقوه است.”

Giovambattista عضو دکترای فیزیک و شیمی است. برنامه ها در مرکز تحصیلات تکمیلی دانشگاه سیتی نیویورک (CUNY).

تیم بین المللی به سرپرستی آندرس نیلسون ، استاد فیزیک شیمی در دانشگاه استکهلم ، از آزمایشات پیچیده و شبیه سازی رایانه ای برای اثبات این نظریه استفاده کردند. این آزمایشات که توسط Giovambattista به عنوان “علمی-تخیلی” توصیف شد ، توسط همکارانش در دانشگاه استکهلم سوئد ، دانشگاه POSTECH در کره ، PAL-XFEL در کره و آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC در کالیفرنیا انجام شد. شبیه سازی های رایانه ای توسط Giovambattista و Peter H. Poole ، استاد دانشگاه سنت فرانسیس ژاویر کانادا انجام شده است. شبیه سازی های رایانه ای نقش مهمی در تفسیر آزمایش ها دارند زیرا این آزمایش ها بسیار پیچیده هستند و برخی از مشاهدات در طول آزمایشات قابل دسترسی نیستند.