Olimlar suvning yangi holatini aniqladilar

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Maktabdagi tabiatshunoslik darslarida biz o'rganadigan asosiy narsalardan biri shundaki, suv uch xil holatda bo'lishi mumkin: qattiq muz, suyuq suv yoki gazsimon bug'. Ammo yaqinda xalqaro olimlar guruhi suyuq suv haqiqatan ham ikki xil holatda bo'lishi mumkinligi belgilarini topdi.

Tadqiqot ishlari olib borilayotganda - natijalar keyinchalik Xalqaro Nanotexnologiya jurnalida nashr etilgan - olimlar kutilmaganda suvning harorati 50 dan 60 ℃ gacha bo'lganida bir qator xususiyatlar o'zgarishini aniqladilar. Suvning ikkinchi suyuq holatining mumkin bo'lgan bu belgisi ilmiy doiralarda qizg'in bahs-munozaralarga sabab bo'ldi. Agar tasdiqlansa, u holda kashfiyot ko'plab sohalarda, jumladan nanotexnologiya va biologiyada qo'llanilishini topadi.

“Fazalar” deb ham ataladigan agregat holatlar atomlar va molekulalar sistemalari nazariyasining asosiy tushunchasi hisoblanadi. Taxminan aytganda, ko'p molekulalardan tashkil topgan tizim umumiy energiya miqdoriga qarab ma'lum miqdordagi konfiguratsiyalar shaklida tashkil etilishi mumkin. Yuqori haroratlarda (va shuning uchun yuqori energiya darajasida) molekulalar uchun ko'proq konfiguratsiyalar mavjud, ya'ni ular kamroq qattiq tashkil etilgan va nisbatan erkin harakatlanadi (gaz fazasi). Pastroq haroratlarda molekulalar kamroq konfiguratsiyaga ega va ko'proq uyushgan (suyuq) fazada bo'ladi. Agar harorat yanada pastroq tushsa, ular bitta aniq konfiguratsiyani qabul qiladi va qattiq hosil qiladi.

Bu uch xil holatga (suyuq, qattiq va gaz) ega bo'lgan karbonat angidrid yoki metan kabi nisbatan oddiy molekulalar uchun umumiy holat. Ammo murakkabroq molekulalar ko'proq mumkin bo'lgan konfiguratsiyalarga ega, ya'ni fazalar soni ortadi. Organik molekulalarning komplekslaridan hosil bo'lgan va suyuqlik kabi oqishi mumkin bo'lgan, lekin baribir qattiq kristalli tuzilmani saqlab qolgan suyuq kristallarning ikki tomonlama harakati buning ajoyib namunasidir.

Moddaning fazalari uning molekulyar konfiguratsiyasi bilan aniqlanganligi sababli, modda bir holatdan ikkinchi holatga o'tganda ko'pgina fizik xususiyatlar keskin o'zgaradi. Yuqorida aytib o'tilgan tadqiqotda olimlar normal atmosfera sharoitida (suv suyuq bo'lishi uchun) 0 dan 100 ℃ gacha bo'lgan suvning bir nechta nazorat xususiyatlarini o'lchadilar. Taxminan 50 ℃ haroratda ular kutilmaganda suvning sirt tarangligi va sinishi indeksi (yorug'likning suvdan qanday o'tishini aks ettiruvchi indeks) kabi xususiyatlarda keskin o'zgarishlarni aniqladilar.

Maxsus tuzilma

Bu qanday bo'lishi mumkin? Suv molekulasi H₂O ning tuzilishi juda qiziq va uni oʻziga xos oʻq shaklida tasvirlash mumkin, bu yerda kislorod atomi tepada joylashgan va ikkita vodorod atomi uning yon tomonlarida “hamrohlik qiladi”. Molekulalardagi elektronlar assimetrik tarzda taqsimlanadi, shuning uchun molekula vodorod tomoniga nisbatan kislorod tomonidan manfiy zaryad oladi. Ushbu oddiy tuzilish xususiyati suv molekulalarining bir-biri bilan ma'lum bir tarzda o'zaro ta'sir qila boshlashiga, ularning qarama-qarshi zaryadlarini jalb qilib, vodorod aloqasi deb ataladigan narsaga olib keladi.

Bu ko'p hollarda suvning boshqa oddiy suyuqliklar kuzatganidan boshqacha harakat qilishiga imkon beradi. Masalan, boshqa koʻpchilik moddalardan farqli oʻlaroq, maʼlum bir massa suv molekulalari oʻziga xos muntazam tuzilish hosil qilganligi sababli qattiq holatda (muz shaklida) suyuq holatga qaraganda koʻproq joy egallaydi. Yana bir misol, suyuq suvning sirt tarangligi boshqa qutbsiz, oddiyroq suyuqliklarga qaraganda ikki baravar yuqori.

Suv juda oddiy, lekin juda ko'p emas. Bu shuni anglatadiki, suvning o'zini namoyon qilgan qo'shimcha fazasining yagona izohi shundaki, u o'zini bir oz suyuq kristall kabi tutadi. Molekulalar orasidagi vodorod aloqalari past haroratlarda ma'lum bir tartibni saqlab turadi, lekin ular harorat oshishi bilan boshqa, erkinroq holatga ham kelishi mumkin. Bu tadqiqot davomida olimlar tomonidan kuzatilgan sezilarli og'ishlarni tushuntiradi.

Agar bu tasdiqlansa, mualliflarning xulosalari ko'p maqsadlarga ega bo'lishi mumkin. Masalan, agar atrof-muhitdagi o'zgarishlar (masalan, harorat) moddaning fizik xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladigan bo'lsa, nazariy jihatdan bu tovush uskunalarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Yoki siz unga tubdan yondashishingiz mumkin - biologik tizimlar asosan suvdan iborat. Organik molekulalarning (masalan, oqsillar) bir-biri bilan o'zaro ta'siri, ehtimol, suv molekulalarining suyuqlik fazasini qanday hosil qilishiga bog'liq. Agar siz suv molekulalarining turli haroratlarda o'rtacha qanday harakat qilishini tushunsangiz, ularning biologik tizimlarda o'zaro ta'sirini aniqlab olishingiz mumkin.

Ushbu kashfiyot nazariyotchilar va eksperimentchilar uchun ajoyib imkoniyat, shuningdek, hatto eng tanish modda ham o'z ichida sirlarni yashirishi mumkinligiga ajoyib misoldir.

Rodrigo Ledesma Agilar