انواع آب یا آیا آب هم در حالت مایع انواع دیگری دارد؟

خلاصه:

بر اساس تحقیقات انجام شده توسط همکاری‌های علمی بین المللی، دو نوع آب مایع وجود دارد. این ویژگی جدید به لیست در حال رشد این پدیده عجیب و غریب که ما آن را یک ماده ساده تصور می‌کنیم، افزوده می‌شود. این کشف می‌تواند پیامدهایی برای ساخت و استفاده از نانو ذرات به همراه داشته باشد، مثل درک این مسئله که چطور پروتئین‌ها در بدن به شکلِ فرمِ کاری‌شان در می‌آیند یا به علت بیماری‌هایی مانند آلزایمر و CJD از شکل خارج می‌شوند.

بسیاری از خواص عجیب و غریب آب، ناشی از توانایی‌های مولکول‌های آب در ایجاد ارتباط عمرِ کوتاه با یکدیگر به نام پیوند هیدروژنی هستند.

متن مقاله:

لورا مائسترو و همکاران ایتالیایی، اسپانیایی و امریکایی‌اش در دانشگاه آکسفورد، در نوشته ای در مجله بین المللی فناوری نانو توضیح می‌دهند که چگونه خواص فیزیکی و شیمیاییِ آب، طی زمانی بیشتر از یک قرن مورد مطالعه قرار گرفته و همچنین برخی از خواص عجیبی که در دیگر مواد دیده نشده است را فاش نمودند. مثلاً اینکه وقتی آب یخ می زند، افزایش حجم می‌دهد. در صورتی که تقریباً هر ماده شناخته شده دیگری، در زمان یخ زدن، منقبض می‌شود. همچنین آب در دامنه دمایی کوچکی (100 درجه سلسیوس)، به صورت سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد، در حالیکه نقطه ذوب و جوش تقریباً تمام ترکیبات دیگر، دامنه بسیار بزرگ‌تری دارد.

یک بار مثبت باقیمانده بر روی اتم هیدروژن در مولکول‌های آب V-شکل قرار دارد که می‌تواند پیوندی را با الکترون‌های منفی بر روی اتم اکسیژن در نقطه V شکل دهد که تشکیل یک شبکه زودگذر در آب را در زمان انجماد مایع، امکان پذیر می‌کند. البته، عمر این پیوندها اینقدر کوتاه است که این ساختار و خاطره را در این مایع باقی نمی‌گذارند.

این گروه، چندین خواص آب را از نزدیک بررسی کردند مانند ثابت دی الکتریک (عایق) (اینکه چگونه میدان مغناطیسی می‌تواند به یک ماده نفوذ کند) یا زمان استراحت شبکه چرخش پروتون (فرآیندی که در آن زمان مغناطیسی اتم‌های هیدروژن در آب، انرژی کم می‌کنند یا برای رفتن به لایه بالاتر برانگیخته می‌شوند). آن‌ها دریافتند که ظاهراً این پدیده، بین دو ذره خاص در دمای حدود 50 درجه سلسیوس به صورت حرکات ناگهانی اتفاق می‌افتد (که ذرات 10 درجه سلسیوس می‌دهند یا می‌گیرند مثلاً بین 40 تا 60 درجه). نتیجه‌اش این است که انبساط حرارتی، سرعت صوت و پدیده‌های دیگر، در این زمان همگذری، بین دو حالت مختلف تغییر وضعیت می‌دهند.

این دو حالت می‌توانند پیامدهای مهمی در مطالعه و استفاده از نانو ذرات که در آن‌ها، ویژگی‌های آب در سطح مولکولی، برای خواص حرارتی و نوری‌شان مهم است، داشته باشند. به‌عنوان مثال نانو ذرات طلا و نقره در نانو پزشکی برای تشخیص عیوب و بیماری‌ها و به‌عنوان عامل ضد باکتری مورداستفاده قرار می‌گیرد. بعلاوه، یافته‌های اولیه نشان می‌دهد که ساختار آب مایع به‌شدت می‌تواند بر پایداری پروتئین‌ها و چگونگی تغییر ماهیت آن‌ها در دمای هم‌گذری تأثیر بگذارد که می‌تواند پیامدهای مناسبی برای درک پردازش پروتئین در صنعت غذا و درعین‌حال درک چگونگی پیشرفت بیماری‌ها در زمان دفرمه شدن پروتئین‌ها داشته باشد.