آب، هم جامد، هم مایع: کشف فازی جدید در ابعاد نانو!
آب، این مایع حیاتبخش و مادهای که همه ما با آن آشنا هستیم، هنوز هم جنبههای پنهان بسیاری برای شگفتزده کردن ما دارد. در واقع، رفتار آب در مقیاسهای بسیار کوچکتر از تصور ما، دانشمندان را با چالشهای جدیدی روبرو کرده است. بهتازگی، پژوهشگران ژاپنی با بررسی دقیق مولکولهای آب در فضاهای بسیار تنگ و محدود، پدیدهای غیرمنتظره را مشاهده کردهاند: آب در ابعاد نانو، رفتاری دوگانه از خود نشان میدهد و همزمان ویژگیهای مایع و جامد را بروز میدهد.
معمای مولکولی آب: از ساختار تا رفتار
درک تفاوت بین آب مایع و یخ، ریشه در نحوه آرایش مولکولهای آن دارد. در یخ، مولکولهای H₂O در یک ساختار منظم و سفت و سخت قرار گرفتهاند. اما در آب مایع، این مولکولها آزادانهتر حرکت میکنند و پیوندهای هیدروژنی بین آنها به طور مداوم در حال شکلگیری و شکستهشدن هستند.
کشف حالت “پیش ذوب” فاز تازهای از آب را آشکار میکند.
این پدیده که “حالت پیش ذوب” نام دارد، جنبههای تازهای از رفتار آب را آشکار میکند. در این حالت، مولکولهای آب همزمان تمایل به حفظ ساختار جامد (مانند یخ) و تحرک و پویایی حالت مایع را دارند. این بدان معناست که آب میتواند در شرایط خاص، فازی بینابینی بین جامد و مایع به خود بگیرد.
حالت پیش ذوب: کلیدی برای درک بهتر رفتار آب
به گفته ماکوتو تادوکورو، شیمیدان دانشگاه توکیو، حالت پیش ذوب شامل ذوب شدن مولکولهای H₂O با پیوندهای ناقص پیش از آغاز ذوب کامل ساختار یخ است. او توضیح میدهد که این وضعیت در واقع حالتی نوین است که در آن لایههای منجمد و لایههایی از مولکولهای H₂O با تحرک یکسان در کنار هم وجود دارند.
کشف این حالت جدید، دریچهای تازه به سوی درک بهتر رفتار آب در شرایط مختلف میگشاید و میتواند در زمینههای گوناگونی مانند علوم زیستی، فناوری نانو و علوم زمین کاربرد داشته باشد.
