Shkencëtarët kanë zbuluar një gjendje të re të ujit

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Një nga gjërat themelore që mësojmë në klasat e shkencës në shkollë është se uji mund të ekzistojë në tre gjendje të ndryshme: akull i ngurtë, ujë i lëngshëm ose avull i gaztë. Por kohët e fundit, një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh kanë gjetur shenja se uji i lëngshëm mund të ekzistojë në të vërtetë në dy shtete të ndryshme.

Gjatë kryerjes së punës kërkimore - rezultatet u botuan më vonë në Gazetën Ndërkombëtare të Nanoteknologjisë - shkencëtarët zbuluan papritur se një numër i vetive ndryshojnë në ujë me një temperaturë prej 50 deri në 60 ℃. Kjo shenjë e ekzistencës së mundshme të një gjendjeje të dytë të lëngshme të ujit ka ndezur një debat të nxehtë në qarqet shkencore. Nëse konfirmohet, atëherë zbulimi do të gjejë aplikime në shumë fusha, duke përfshirë nanoteknologjinë dhe biologjinë.

Gjendjet agregate, të cilat quhen edhe "faza", janë koncepti kryesor i teorisë së sistemeve të atomeve dhe molekulave. Përafërsisht, një sistem i përbërë nga shumë molekula mund të organizohet në formën e një numri të caktuar konfigurimesh në varësi të sasisë totale të energjisë së tij. Në temperatura të larta (dhe për rrjedhojë në një nivel më të lartë energjie), një numër më i madh konfigurimesh janë në dispozicion të molekulave, domethënë ato janë më pak të organizuara në mënyrë të ngurtë dhe lëvizin relativisht lirshëm (faza e gazit). Në temperatura më të ulëta, molekulat kanë më pak konfigurime dhe janë në një fazë më të organizuar (të lëngshme). Nëse temperatura bie edhe më e ulët, ata do të marrin një konfigurim të caktuar dhe do të formojnë një të ngurtë.

Kjo është gjendja e përgjithshme e punëve për molekulat relativisht të thjeshta si dioksidi i karbonit ose metani, të cilat kanë tre gjendje të dallueshme (të lëngshme, të ngurta dhe të gazta). Por molekulat më komplekse kanë një numër më të madh të konfigurimeve të mundshme, që do të thotë se numri i fazave rritet. Një ilustrim i shkëlqyer i kësaj është sjellja e dyfishtë e kristaleve të lëngëta, të cilat formohen nga komplekset e molekulave organike dhe mund të rrjedhin si lëngje, por megjithatë ruajnë një strukturë të fortë kristalore.

Meqenëse fazat e një substance përcaktohen nga konfigurimi i saj molekular, shumë veti fizike ndryshojnë në mënyrë dramatike kur një substancë kalon nga një gjendje në tjetrën. Në studimin e lartpërmendur, shkencëtarët matën disa veti kontrolli të ujit midis 0 dhe 100 ℃ në kushte normale atmosferike (në mënyrë që uji të jetë i lëngshëm). Papritur, ata gjetën ndryshime dramatike në vetitë si tensioni sipërfaqësor i ujit dhe indeksi i thyerjes (indeksi që reflekton se si drita udhëton nëpër ujë) në një temperaturë prej rreth 50 ℃.

Strukturë e veçantë

Si është e mundur kjo? Struktura e molekulës së ujit, H2O, është shumë interesante dhe mund të përshkruhet si një lloj shigjete, ku atomi i oksigjenit ndodhet në krye dhe dy atome hidrogjeni e "shoqërojnë" atë nga krahët. Elektronet në molekula priren të shpërndahen në mënyrë asimetrike, kjo është arsyeja pse molekula merr një ngarkesë negative nga ana e oksigjenit në krahasim me anën e hidrogjenit. Kjo veçori e thjeshtë strukturore çon në faktin se molekulat e ujit fillojnë të ndërveprojnë me njëra-tjetrën në një mënyrë të caktuar, ngarkesat e tyre të kundërta tërhiqen, duke formuar një të ashtuquajtur lidhje hidrogjeni.

Kjo lejon që uji në shumë raste të sillet ndryshe nga sa kanë vërejtur lëngjet e tjera të thjeshta. Për shembull, ndryshe nga shumica e substancave të tjera, një masë e caktuar uji zë më shumë hapësirë në gjendje të ngurtë (në formë akulli) sesa në gjendje të lëngshme, për faktin se molekulat e tij formojnë një strukturë të rregullt specifike. Një shembull tjetër është tensioni sipërfaqësor i ujit të lëngshëm, i cili është dyfishi i lëngjeve të tjera jopolare, më të thjeshta.

Uji është shumë i thjeshtë, por jo i madh. Kjo do të thotë se i vetmi shpjegim për fazën shtesë të ujit që është shfaqur është se ai sillet pak si një kristal i lëngshëm. Lidhjet hidrogjenore midis molekulave ruajnë një rend të caktuar në temperatura të ulëta, por ato mund të vijnë edhe në një gjendje tjetër, më të lirë me rritjen e temperaturës. Kjo shpjegon devijimet e rëndësishme të vëzhguara nga shkencëtarët gjatë hulumtimit.

Nëse kjo vërtetohet, përfundimet e autorëve mund të kenë shumë përdorime. Për shembull, nëse ndryshimet në mjedis (të themi, temperatura) sjellin ndryshime në vetitë fizike të një substance, teorikisht kjo mund të përdoret për të krijuar pajisje tingëllimi. Ose mund t'i qaseni më thelbësisht - sistemet biologjike përbëhen kryesisht nga uji. Mënyra se si molekulat organike (të tilla si proteinat) ndërveprojnë me njëra-tjetrën ka të ngjarë të varet nga mënyra se si molekulat e ujit formojnë fazën e lëngshme. Nëse e kuptoni se si molekulat e ujit sillen mesatarisht në temperatura të ndryshme, mund të sqaroni se si ndërveprojnë ato në sistemet biologjike.

Ky zbulim është një mundësi e shkëlqyer për teoricienët dhe eksperimentuesit, si dhe një shembull i shkëlqyer i faktit se edhe substanca më e njohur mund të fshehë sekrete brenda vetes.

Rodrigo Ledesma Aguilar