"الجليد السائل"!.. اكتشاف سلوك غامض للماء يغير فهمنا للسوائل

يبدو أن الماء، المادة الأكثر انتشارا على الأرض، لا يزال يخفي العديد من الألغاز، لذا يواصل العلماء اكتشاف جوانب جديدة وغير متوقعة في سلوكه.

قد أثار سلوك الماء اهتمام العلماء عند حصره في أحجام صغيرة، داخل البروتينات أو المعادن أو المواد النانوية، لأنه في هذه الظروف يفقد صفته السائلة ويكتسب خصائص مهمة جدا للعمليات الفسيولوجية في الخلايا الحية وللتقنيات المتقدمة.

وأظهرت دراسة جديدة أجراها فريق من الكيميائيين بجامعة طوكيو للعلوم إحدى هذه الحالات الغامضة، ما يُسمى بـ "حالة ما قبل الانصهار". وهي مرحلة خاصة يكون فيها الماء على وشك التجمد والانصهار، أي يتصرف كمادة صلبة وسائلة في آن واحد، شبيهة بالمادة الفريدة التي طورها علماء أمريكيون مؤخرا. لم تُدرس هذه الحالة بصورة مباشرة سابقا، لأن طرق القياس مثل حيود الأشعة السينية لا تستطيع التقاط الحركة الدورانية السريعة لجزيئات الهيدروجين.

إقرأ المزيد

العلماء يحددون الكمية المثالية لشرب الماء للرجال والنساء

لكن فريقا بقيادة البروفيسور ماكوتو تادوكورو استخدم نهجا أكثر دقة، حيث أنشأ العلماء بلورات جزيئية ذات مسام نانوية بقطر حوالي 1.6 نانومتر، وملأوها بالماء الثقيل (D2O)، ودرسوها باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للديوتيريوم في الحالة الصلبة.

أظهرت النتائج أن الماء داخل المسام ينتظم في ثلاث طبقات مميزة، لكل منها أنماط حركة وترابط فريدة، وعند التجميد يشكل بنية مختلفة عن الجليد المألوف.

وكشف تسخين العينات تدريجيا أن الماء لا يتحول مباشرة من الحالة الصلبة إلى السائلة، بل تتشكل في البداية مرحلة وسيطة: تبقى بعض الجزيئات على شكل شبكة "شبيهة بالجليد"، بينما تبدأ جزيئات أخرى بالحركة كما هو الحال في الماء العادي تقريبا. وتحافظ الجزيئات على مواقعها الثابتة لكنها تدور بسرعة عالية، ما يخلق تأثيرا يُعرف بـ "الجليد السائل".

يشير الباحثون إلى أن هذا الاكتشاف له أهمية تتجاوز الجانب العلمي البحت، إذ سيساعد على فهم كيفية مرور الماء والأيونات عبر الأغشية الخلوية والقنوات البروتينية بشكل أفضل، وقد يشكل أساسا لتطوير تقنيات ومواد جديدة لتخزين الغازات تعتمد على هياكل مائية، مثل هيدرات الغاز الاصطناعية.

ولا يزال الماء الذي نتعامل معه يوميا يخفي ألغازا كثيرة، لذا يظل "مختبرا حيا" للفيزيائيين والكيميائيين، ويفتح آفاقا فريدة لعلم الأحياء والتقنيات الحديثة.

المصدر: hi-tech.mail.ru