طور سائل جديد للماء
الفيزياء والفلك >>>> فيزياء
Image: https://www.princeton.edu/news/2020/07/16/new-study-provides-evidence-decades-old-theory-explain-odd-behaviors-water?fbclid=IwAR1FsgcDAdw9Wba6x_uSino9ji-5H_9Q8I6CgaN5mRSLwSkpnPd_7o_p6cc
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:
2- Phys.org [Internet]. 2020. New study provides evidence for decades-old theory to explain the odd behaviors of water.[cited 2020 Sep 5]. Available from: هنا
3- AAAS EurekAlert [Internet]. 2020. New study provides evidence for decades-old theory to explain the odd behaviors of water. .[cited 2020 Sep 5]. Available from: هنا
4- Debenedetti P, Sciortino P, Zerze G. Second critical point in two realistic models of water. Science [Internet]. 2020 [cited 16 September 2020];369(6501):289-292. Available from: هنا
