پی بردن به رفتار مولكول های آب در شرایط متفاوت فیزیكی، اهمیت فراوانی دارد. آن چه كه اهمیت این موضوع را دو چندان می كند، مهم بودن خودِ آب است چنان چه می توان گفت برای یك شیمی دان، آب مهم ترین تركیب است!

پس خود به خود هر آن چه كه مربوط به آب باشد اهمیت می یابد. از این رو، امكان سنجی تولید یخ در دمای اتاق یا یخ داغ موضوع بسیار جالبی است.

پی بردن به رفتار مولكول های آب در شرایط متفاوت فیزیكی، اهمیت فراوانی دارد. آن چه كه اهمیت این موضوع را دو چندان می كند، مهم بودن خودِ آب است چنان چه می توان گفت برای یك شیمی دان، آب مهم ترین تركیب است!

پس خود به خود هر آن چه كه مربوط به آب باشد اهمیت می یابد. از این رو، امكان سنجی تولید یخ در دمای اتاق یا یخ داغ موضوع بسیار جالبی است.

درك چگونگی رفتار آب به دلیل اهمیت فراوان آن در زندگی همه ی موجودات زنده، بسیار ضروری است. با وجود پیشرفت های چشم گیر انسان امروزی در دانش و فناوری، دانشمندان هنوز هم در زمینه ی چگونگی تغییر حالت آب در چرخه ی آن، با پرسش هایی بی پاسخ روبه رو هستند. در شرایطی كه بشر به خاطر آلودگی ها با كمبود آب شیرین روبه روست، پاسخ به هر یك از پرسش های مربوط به این مایع حیاتی، می تواند گره گشای بسیاری از مشكلات دنیای امروز باشد.

تاریخچه

برای بیش تر مردم درست كردن یخ كار ساده ای است: كافی است یك ظرف آب را در فریزر بگذاریم. داستان تشكیل یخ در دمای اتاق، با كشفی به ظاهر تصادفی، در سال 1995 آغاز شد. یاكوب كلین متوجه شد مایع های آلی كه میان صفحه هایی از جنس میكا كه تنها چند نانومتر با هم فاصله دارند به دام می افتند در دمایی بسیار بالاتر از حالت معمول خود منجمد می شوند.

پس از آن او به این فكر افتاد كه به روشی مشابه، در دمای اتاق یخ تولید كند. با آن كه آزمایش های او برای منجمد كردن بسیاری از مایع ها در دمای اتاق موفقیت آمیز بود، اما در مورد آب پیشرفتی نداشت. در واقع، بیش تر مواد در حالت جامد خود، چگال تر از حالت مایع هستند اما برای آب چنین نیست.

كلین دریافت كه قرار گرفتن مولكول های آب در فضای دو صفحه ی جامد، خود به عنوان مانعی برای انجماد آب عمل می كند. در نتیجه وی از ادامه ی آزمایش روی آب چشم پوشید. اما در حالی كه كلین از اثر میدان الكتریكی برای ایجاد یخ غفلت كرد، دو دانشمند در هلند با در نظر گرفتن این عامل، آزمایش در این زمینه را پی گرفتند. رونن زانگی و آلن مارك در سال 2003 موفق به انجام یك شبیه سازی رایانه ای شدند كه نشان می دهد هنگام اعمال یك میدان الكتریكی، برای مولكول های آبی كه بین صفحه های جامد قرار دارند، چه اتفاقی می افتد. در این شرایط، آب می تواند از چنان نظمی برخوردار شود كه حتی در دمای اتاق هم انجماد پیدا كند.

یون می چون شیمی دانی دانشگاه ملی سئول در كره ی جنوبی، این موضوع را به گونه ای دیگر مورد بررسی قرار داد. او و همكارانش آب را در میدان های الكتریكی قرار دادند و در دمای اتاق موفق به تهیه ی یخ شدند. اما این نتیجه ی غیرمنتظره، پرسش تازه ای را برای دانشمندان مطرح كرد. بنا به آزمایش چوی، در حضور میدان الكتریكی نه تنها تبدیل آب ولرم به یخ امكان پذیر بود بلكه شدت میدان مورد نیاز برای این كار به گونه ی شگفت آوری پایین بود چنان كه حتی در میان خلل و فرج سنگ ها، فاصله ی میان ذره های خاك شناور در هوا و فضای میان پروتیین ها در سلول های بدن می توان شاهد چنین میدانی بود. به این ترتیب پژوهش ها بر این مسئله متمركز شد كه آیا یخ داغ به طور طبیعی می تواند در طبیعت نیز تشكیل شود.

چوی، نخست لایه ی نازكی از آب را میان یك صفحه و یك سوزن بسیار باریك فلزی قرار داد. سپس میدان الكتریكی ضعیفی را میان صفحه و سوزن برقرار كرد و در همین حال سر سوزن را كم كم به صفحه نزدیك كرد. هنگامی كه سر سوزن تنها 90 نانومتر با صفحه ی فلزی فاصله داشت، مشاهده شد كه سوزن به مانعی برخورد می كند و دیگر جلوتر نمی رود. این مانع در واقع چیزی جز یك لایه یخ نبود؛ چوی برای نخستین بار در دنیا موفق به تهیه ی یخ داغ شده بود.

از سوی دیگر،پژوهشگران از این واقعیت شگفت زده شده بودند كه یخ داغ در میدانی به شدت حدود یك میلیون ولت بر متر ایجاد می شود. این در حالی است كه مشابه چنین میدانی در طبیعت وجود دارد.

چنین میدانی می تواند حتی در هوای معتدل، توده ای از مولكول های آب را به بلورهای بسیار كوچك یخ تبدیل كند. به این ترتیب شاید پدیده ی تشكیل یخ داغ بتواند چگونگی تشكیل ابرها را در آسمان توجیه كند یعنی همان چیزی كه برای دانشمندان علوم هوا كره، سال ها به عنوان یك راز سر به مهر باقی مانده است. هم چنین میدان های الكتریكی موجود در میان غشای سلول های عصبی یا لایه های پروتیینی و پلی ساكاریدها نیز می تواند چنان قوی باشد كه به تشكیل ذره های بسیار كوچك یخ بینجامد.

شیمی دان هایی كه تحرك مولكول های آب را بررسی می كردند، مشاهده كرده بودند كه حركت این مولكول ها پیرامون یون هایی كه دارای دو یا سه بار مثبت هستند، مانند یون های كلسیم و كروم، به شدت كند می شود. این كند شدن حركت به اندازه ای است كه سبب می شود مولكول هایی كه در لایه های نزدیك به این یون ها قرار دارند، ساعتی را بدون حركت، در اطراف یون های یاد شده بگذرانند.اما همین مولكول ها در پیرامون یون های تك بار مانند سدیم و پتاسیم، بسیار پرجنب وجوش هستند. شاید بتوان حركت كُند آب را پیرامون یون هایی كه بیش از یك بار مثبت دارند، نشانه ای از انجماد آب در میدان الكتریكی ناشی از حضور آن یون دانست.

نتیجه گيری

آب بستر حیات است و اگر ویژگی های این بستر حتی اندكی تغییر یابد، می تواند در عوامل بی شمار دیگری در سلول ها تغییرات نامطلوب ایجاد كند. به نظر می رسد آب هنوز هم جزء ناشناخته ترین عوامل در طبیعت است چنان كه كشف ویژگی های تازه ی آن، هنوز هم پس از قرن ها پژوهش های علمی، ما را شگفت زده می كند.

منبع:رشد