Alimlər suyun yeni vəziyyətini aşkar ediblər

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Məktəbdə elm dərslərində öyrəndiyimiz əsas şeylərdən biri suyun üç fərqli vəziyyətdə ola biləcəyidir: bərk buz, maye su və ya qaz buxar. Lakin bu yaxınlarda beynəlxalq alimlər qrupu maye suyun əslində iki fərqli ştatda mövcud ola biləcəyinə dair əlamətlər tapdılar.

Tədqiqat işləri apararkən - nəticələr daha sonra Beynəlxalq Nanotexnologiya Jurnalında dərc olundu - alimlər gözlənilmədən suyun temperaturu 50 ilə 60 ° C arasında olan bir sıra xüsusiyyətlərin dəyişdiyini aşkar etdilər. Suyun ikinci maye halının mümkün mövcudluğunun bu əlaməti elmi dairələrdə qızğın müzakirələrə səbəb olub. Təsdiqlənərsə, o zaman kəşf nanotexnologiya və biologiya da daxil olmaqla bir çox sahələrdə tətbiqlər tapacaq.

“Fazalar” da adlandırılan məcmu vəziyyətlər atomlar və molekullar sistemləri nəzəriyyəsinin əsas konsepsiyasıdır. Təxminən desək, bir çox molekullardan ibarət olan bir sistem onun ümumi enerji miqdarından asılı olaraq müəyyən sayda konfiqurasiya şəklində təşkil edilə bilər. Yüksək temperaturda (və buna görə də daha yüksək enerji səviyyəsində) molekullar üçün daha çox konfiqurasiya mövcuddur, yəni onlar daha az sərt şəkildə təşkil edilir və nisbətən sərbəst hərəkət edir (qaz fazı). Aşağı temperaturda molekullar daha az konfiqurasiyaya malikdir və daha mütəşəkkil (maye) fazada olurlar. Temperatur daha da aşağı düşərsə, onlar müəyyən bir konfiqurasiya qəbul edəcək və bərk cisim əmələ gətirəcəklər.

Bu, üç fərqli vəziyyətə (maye, bərk və qaz) malik olan karbon dioksid və ya metan kimi nisbətən sadə molekulların ümumi vəziyyətidir. Ancaq daha mürəkkəb molekulların daha çox sayda mümkün konfiqurasiyası var, bu da fazaların sayının artması deməkdir. Bunun əla nümunəsi üzvi molekulların komplekslərindən əmələ gələn və mayelər kimi axan, lakin yenə də bərk kristal quruluşunu saxlayan maye kristalların ikili davranışıdır.

Maddənin fazaları onun molekulyar konfiqurasiyası ilə təyin olunduğundan, maddə bir vəziyyətdən digər vəziyyətə keçəndə bir çox fiziki xüsusiyyətlər kəskin şəkildə dəyişir. Yuxarıda qeyd olunan tədqiqatda elm adamları normal atmosfer şəraitində (suyun maye olması üçün) 0 ilə 100 ℃ arasında suyun bir neçə nəzarət xüsusiyyətlərini ölçdülər. Onlar gözlənilmədən təxminən 50 ℃ temperaturda suyun səthi gərginliyi və sındırma indeksi (işığın suda necə keçdiyini əks etdirən indeks) kimi xassələrdə dramatik dəyişikliklər tapdılar.

Xüsusi struktur

Bu necə mümkündür? Su molekulunun H₂O quruluşu çox maraqlıdır və oksigen atomunun yuxarıda yerləşdiyi və cinahlardan onu iki hidrogen atomunun “müşayət etdiyi” bir növ ox kimi təsvir etmək olar. Molekullardakı elektronlar asimmetrik olaraq paylanmağa meyllidirlər, buna görə də molekul hidrogen tərəfinə nisbətən oksigen tərəfdən mənfi yük alır. Bu sadə struktur xüsusiyyət, su molekullarının müəyyən bir şəkildə bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa başlamasına, əks yüklərin cəlb edilməsinə, sözdə hidrogen bağı meydana gətirməsinə səbəb olur.

Bu, bir çox hallarda suyun digər sadə mayelərin müşahidə etdiyindən fərqli davranmasına imkan verir. Məsələn, digər maddələrin əksəriyyətindən fərqli olaraq, müəyyən bir su kütləsi onun molekulları xüsusi nizamlı quruluş əmələ gətirdiyinə görə bərk vəziyyətdə (buz şəklində) maye haldan daha çox yer tutur. Başqa bir misal maye suyun səthi gərilməsidir ki, bu da digər qeyri-qütblü, daha sadə mayelərdən iki dəfə çoxdur.

Su olduqca sadədir, lakin həddindən artıq deyil. Bu o deməkdir ki, suyun özünü göstərən əlavə fazasının yeganə izahı onun bir az maye kristal kimi davranmasıdır. Molekullar arasındakı hidrogen bağları aşağı temperaturda müəyyən bir nizam saxlayır, lakin temperaturun artması ilə başqa, daha sərbəst vəziyyətə də gələ bilər. Bu, alimlərin tədqiqat zamanı müşahidə etdikləri əhəmiyyətli sapmaları izah edir.

Əgər bu təsdiq olunarsa, müəlliflərin qənaətləri bir çox istifadəyə malik ola bilər. Məsələn, ətraf mühitdəki dəyişikliklər (məsələn, temperatur) bir maddənin fiziki xassələrində dəyişikliklərə səbəb olarsa, nəzəri olaraq bundan səs avadanlığı yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Və ya daha əsaslı yanaşa bilərsiniz - bioloji sistemlər əsasən sudan ibarətdir. Üzvi molekulların (məsələn, zülallar) bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqəsi su molekullarının maye fazını necə əmələ gətirməsindən asılıdır. Su molekullarının müxtəlif temperaturlarda orta hesabla necə davrandığını başa düşsəniz, onların bioloji sistemlərdə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu aydınlaşdıra bilərsiniz.

Bu kəşf nəzəriyyəçilər və eksperimentçilər üçün böyük fürsət olmaqla yanaşı, ən tanış maddənin belə öz daxilində sirləri gizlədə bilməsinin gözəl nümunəsidir.

Rodrigo Ledesma Aguilar