یخ داغ

[parichehr]

برای بیش‌تر مردم درست کردن یخ کار ساده‌ای است: کافی است یک ظرف آب را در فریزر بگذاریم. داستان تشکیل یخ در دمای اتاق، با کشفی به ظاهر تصادفی، در سال 1995 آغاز شد. یاکوب کلین متوجه شد مایع‌های آلی که میان صفحه‌هایی از جنس میکا که تنها چند نانومتر با هم فاصله دارند به دام می‌افتند در دمایی بسیار بالاتر از حالت معمول خود منجمد می‌شوند. پس از آن او به این فکر افتاد که به روشی مشابه، در دمای اتاق یخ تولید کند. با آن که آزمایش‌های او برای منجمد کردن بسیاری از مایع‌ها در دمای اتاق موفقیت آمیز بود، اما.....


در مورد آب پیشرفتی نداشت. در واقع، بیش‌تر مواد در حالت جامد خود، چگال تر از حالت مایع هستند اما برای آب چنین نیست. کلین دریافت که قرار گرفتن مولکول‌های آب در فضای دو صفحه‌ی جامد، خود به عنوان مانعی برای انجماد آب عمل می‌کند. در نتیجه وی از ادامه‌ی آزمایش روی آب چشم پوشید. اما در حالی که کلین از اثر میدان الکتریکی برای ایجاد یخ غفلت کرد، دو دانشمند در هلند با در نظر گرفتن این عامل، آزمایش در این زمینه را پی گرفتند.


رونن زانگی و آلن مارک در سال 2003 موفق به انجام یک شبیه سازی رایانه‌ای شدند که نشان می‌دهد هنگام اعمال یک میدان الکتریکی، برای مولکول‌های آبی که بین صفحه‌های جامد قرار دارند، چه اتفاقی می‌افتد. در این شرایط، آب می‌تواند از چنان نظمی برخوردار شود که حتی در دمای اتاق هم انجماد پیدا کند. «یون می چوی» شیمی دان دانشگاه ملی سئول در کره‌ی جنوبی، این موضوع را به گونه‌ای دیگر مورد بررسی قرار داد. او و همکارانش آب را در میدان‌های الکتریکی قرار دادند و در دمای اتاق موفق به تهیه‌ی یخ شدند. اما این نتیجه‌ی غیرمنتظره، پرسش تازه‌ای را برای دانشمندان مطرح کرد. بنا به آزمایش چوی، در حضور میدان الکتریکی نه تنها تبدیل آب ولرم به یخ امکان پذیر بود بلکه شدت میدان مورد نیاز برای این کار به گونه‌ی شگفت آوری پایین بود چنان که حتی در میان خلل و فرج سنگ‌ها، فاصله‌ی میان ذره‌های خاک شناور در هوا و فضای میان پروتئین‌ها در سلول‌های بدن می‌توان شاهد چنین میدانی بود. به این ترتیب پژوهش‌ها بر این مسئله متمرکز شد که آیا یخ داغ به طور طبیعی می‌تواند در طبیعت نیز تشکیل شود. چوی، نخست لایه‌ی نازکی از آب را میان یک صفحه و یک سوزن بسیار باریک فلزی قرار داد. سپس میدان الکتریکی ضعیفی را میان صفحه و سوزن برقرار کرد و در همین حال سر سوزن را کم کم به صفحه نزدیک کرد. هنگامی که سر سوزن تنها 90 نانومتر با صفحه‌ی فلزی فاصله داشت، مشاهده شد که سوزن به مانعی برخورد می‌کند و دیگر جلوتر نمی‌رود. این مانع در واقع چیزی جز یک لایه یخ نبود؛ چوی برای نخستین بار در دنیا موفق به تهیه‌ی یخ داغ شده بود. از سوی دیگر، پژوهش گران از این واقعیت شگفت زده شده بودند که یخ داغ در میدانی به شدت حدود یک میلیون ولت بر متر ایجاد می‌شود. این در حالی است که مشابه چنین میدانی در طبیعت وجود دارد. چنین میدانی می‌تواند حتی در هوای معتدل، توده‌ای از مولکول‌های آب را به بلورهای بسیار کوچک یخ تبدیل کند. به این ترتیب شاید پدیده‌ی تشکیل یخ داغ بتواند چگونگی تشکیل ابرها را در آسمان توجیه کند یعنی همان چیزی که برای دانشمندان علوم هوا کره، سال‌ها به عنوان یک راز سر به مهر باقی مانده است. هم چنین میدان‌های الکتریکی موجود در میان غشای سلول‌های عصبی یا لایه‌های پروتئینی و پلی­ساکاریدها نیز می‌تواند چنان قوی باشد که به تشکیل ذره‌های بسیار کوچک یخ بینجامد. شیمی‌دان‌هایی که تحرک مولکول‌های آب را بررسی می‌کردند، مشاهده کرده بودند که حرکت این مولکول‌ها پیرامون یون‌هایی که دارای دو یا سه بار مثبت هستند، مانند یون‌های کلسیم و کروم، به شدت کند می‌شود. این کند شدن حرکت به اندازه‌ای است که سبب می‌شود مولکول‌هایی که در لایه‌های نزدیک به این یون‌ها قرار دارند، ساعتی را بدون حرکت، در اطراف یون‌های یاد شده گذرانند. اما همین مولکول‌ها در پیرامون یون‌های تک بار مانند سدیم و پتاسیم، بسیار پر جنب و جوش هستند. شاید بتوان حرکت کُند آب را پیرامون یون‌هایی که بیش از یک بار مثبت دارند، نشانه‌ای از انجماد آب در میدان الکتریکی ناشی از حضور آن یون دانست .
منبع: مجله رشد آموزش شیمی

[AaZaAdeh]

شگفتی های آب و ابتکارات این شیمیدانهای عزییییز تمومی نداره...