طور سائل جديد للماء

يمتلك الماء خصائص غريبة جدًا؛ على سبيل المثال، طوره الصلب أقل كثافة من طوره السائل؛ ولذلك تطفو الجبال الجليدية فوق سطح الماء. ومن خصائصه أيضًا أنه يتدفق بسهولة أكبر عند ضغطه. هذه الخصائص مفيدة جدًا وضرورية للحياة، ويعتقد العلماء أنَّ هذا السلوك الفريد هو نتيجة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء، لكنَّنا لم ننجح في إيجاد التَّفسير الكامل حتَّى الآن. لكنَّ نظريةً قديمةً -عن سبب امتلاك الماء مثل هذه الخصائص غير المألوفة- اكتسبت بعض الأدلَّة الجديدة (1,2,3).

اقترح العلماء منذ عقود أن وجود طورين مختلفين للماء السائل شديد البرودة قد يفسِّر بعض خصائص الماء التي لا نفهمها، وإذا كان الأمر كذلك، يجب أن تظهر نقطةٌ حرجةٌ على الرِّسم البياني الذي يمثِّل العلاقة بين درجة الحرارة والضغط؛ إذ يلتقي هذان العاملان، على غرار النُّقطة الحرجة التي يتحوَّل عندها الماء إلى جليد. لكنَّ محاولات العثور على هذه النقطة قد فشلت، ممَّا جعل نظرية أطوار الماء المختلفة مثيرةً للجدل. يزعم البروفيسور بابلو ديبنديتي " Pablo Debenedetti"؛ وهو أستاذ في جامعة برينستون، أنَّه وجد هذه النقطة الحرجة(1,2,3).

من الغرائب ​​الأخرى للماء أنَّ بالإمكان تبريده لدرجة حرارةٍ أقلَّ من 0 درجة مئوية من دون أن ينتقل الى الطَّور الصَّلب (1,2,3)، شرط أن يكون نقيًّا لا يحتوي على أيَّة شوائب يُمكن أن يبدأ الماء بالتَّبلور حولها، وفي ظلِّ الظُّروف المُتاحة ضمن مختبر العلوم في المدرسة يُمكن للتَّبريد الفائق أن يصل بالماء إلى بضع درجات فقط تحت الصفر، وفي حال كان الضَّغط كبيرًا بما يكفي والماءُ نقيًّا جدًا من الممكن أن تنخفض أكثر من ذلك بكثير.

يُعتقد أن هذه النقطة الحرجة الّتي يتحول فيها الماء من طور سائل الى طور سائل آخر تقع في درجات حرارة منخفضة جدًا، من شأنها أن تخيف حتى أشجع البطاريق؛ ولسوء الحظ، يتعذَّر إجراء دراساتٍ في هذه الظروف الصعبة، لذلك لم يُثبت أيُّ شيء تجريبيًا.

وجد العلماء في "مكان" ما بين -103 درجة مئوية و -83 درجة مئوية النُّقطة الحرجة المنشودة. اقترح أحد مؤلِّفي الورقة الحديثة؛ الأستاذ فرانشيسكو سكورتينو "Francesco Sciortino" من جامعة سابينزا في روما، شيئًا من هذا القبيل عام 1992، لكنَّ الحواسيب لم تكن "قويَّة" بما يكفي -في ذلك الوقت- لتقديم تأكيدٍ قوي(1,2,3).

أمَّا الورقة البحثيَّة الأخيرة فقد استنتجت أنَّه عندما يصبح الماء باردًا بدرجة كافية فإنَّه يتأرجح بين هياكل رباعية الوجوه، تتألَّف كل منها من خمسة جزيئات غير متماسكة وجزيء سادس محصورٍ داخل رباعي الوجوه، الأمر الذي يسبِّب تقلبات شديدة في كثافة الماء(1,2,3).

على الرغم من أن ذلك يحدث في ظروف لا نألفها في حياتنا اليومية، فإنَّ وجود نقطةٍ حرجةٍ يؤثِّر في خصائص المادَّة عند درجات حرارة وضغوط مختلفة تمامًا؛ وفقًا لديبنديتي(1,2,3).

نُشِرَت الدِّراسة الأصليَّة في مجلَّة العلوم "Science"؛ الصَّادرة عن الجمعيَّة الأمريكيَّة لتقدُّم العلوم (AAAS)، بعنوان: "Second critical point in two realistic models of water" (نقطة حرجة ثانية في نموذجين واقعيَّين للماء) (4).

المصادر: