خواص عجیب و نامتعارف آب

همه ما با آب آشنا هستیم. این مایع قسمت عمده‌ای از سیاره ما و بدنمان را شکل داده است. اما با وجود فراوانی آن هنوز ساختار مولکولی آب بصورت یک راز باقی مانده چرا که ذاتا خواص عجیب و غریبی دارد که هنوز بخوبی درک نشده است. تحقیقات جدید انجام شده در لابراتوار ملی SLAC و دانشگاه‌های سوئد و ژاپن منجر به نتایج جالبی درباره طبیعت ویژه مولکولی آب و خواص گروهی عجیب این مایع شده است.

کد خبر: ۲۷۵۴۹۴

روی هم رفته آب دارای 66 ناهنجاری شناخته شده همچون چگالی مختلف نامتجانس، ظرفیت گرمایی بالا و کشش سطحی بالاست.

بر خلاف دیگر مایعات معمولی که هرچه سردتر شوند، چگال‌تر می‌شوند، آب در دمای 4 درجه سلسیوس به حداکثر تراکم خود می‌رسد. در دمای بالاتر و پایین‌‌تر از 4 درجه آب چگالی کمتری دارد. همچنین ظرفیت گرمایی بالای آب باعث پایداری دمای سطح اقیانوس‌ها می‌شود.

کشش سطحی بالای آب باعث می‌شود که حشرات قادر به راه رفتن روی آب شوند و درختان آب را به ارتفاع بالاتر برسانند.

درک این خواص نامتعارف بسیار مهم است، زیرا آب غایت نهایی برای وجود ماست. نبود آب یعنی نبود زندگی. این کار محققان به توضیح این ناهنجاری در سطح مولکولی و در دماهایی که مطابق با حیات هستند کمک می‌کند.

چگونگی قرار گرفتن مولکول‌های آب در حالت جامد(یخ) مشخص شده است. هر مولکول به 4 مولکول دیگر متصل شده و یک شبکه چهار ضلعی را شکل می‌دهند، اما کشف چیدمان مولکول در حالت مایع کمی پیچیده‌تر به نظر می‌رسد.

بیش از 100 سال این ساختار موضوع بحث و مجادله بسیاری بوده است. در کتب علمی اینگونه نوشته شده که آب در یک حالت جامد است و در اثر گرما به حالتی دیگر(مایع) تبدیل می‌شود.

محققان با تابش اشعه ایکس بسیار قوی به نمونه‌هایی از آب در حالت مایع دریافتند که هر دو ساختار متمایز آب(جامد و مایع) صرف نظر از دما در یک شرایط محیطی وجود دارد و هر دو حالت به شکل فضایی از هم جدا شده‌اند. بنابراین مطالب قبلی در مورد وجود فقط یک حالت در شرایط محیطی درست نیست.

این جزییات کشف شده در خصوص ساختار مولکولی و دینامیک حالت مایع آب در دماهای محدود بازتابی از کار تئوری روی آب ابر سرد است؛ حالتی غیرمعمول که در آن حتی اگر آب در دمای بسیار پایین‌تر از نقطه انجماد قرار گیرد به یخ تبدیل نشود. در این حالت فرض بر این است که آب مخلوطی با نوسان دائم از ساختار چهار وجهی(جامد) و ساختار بی‌نظم(مایع) وابسته به دماست.

پیش از این کسی فکر نمی‌کرد چنین نوساناتی منجر به ساختارهای موضعی متمایز موجود در دماهای محدود شود و این دقیقا همان چیزی است که محققان به آن دست یافته‌اند.

برقراری ارتباط بین ساختار مولکولی آب و خواص گروهی‌اش می‌تواند در زمینه‌های گسترده‌ای از داروسازی و بیولوژی گرفته تا انرژی و آب و هوا اهمیت داشته باشد.

اگر ما عناصر پایه‌ای حیات مانند آب را بخوبی درک نکنیم، چگونه می‌توانیم عناصر پیچیده‌تر حیات مانند پروتئین‌ها که در آب غوطه ورند را مطالعه کنیم.