12 اکتبر 2020توسط دانشگاه توکیو
دانشمندان دانشگاه توکیو برای توضیح خصوصیات عجیب و حیرت آور آب و انتقال شگفت آور مایع به مایع آب ، از یک مدل دو حالته مبتنی بر تشکیل ساختارهای چهار وجهی استفاده می کنند.
محققان در انستیتوی علوم صنعتی دانشگاه توکیو داده های تجربی را برای بررسی این که آب فوق خنک شده دارای انتقال فاز مایع به مایع بین اشکال بی نظم و ساختار چهار ضلعی است ،را بررسی کردند. آنها شواهدی از یک نقطه مهم را بر اساس شکل گیری همکاری تتراهدرا یافتند و نقش جزئی آن را در ناهنجاری های آب نشان دادند. این کار نشان می دهد که ویژگی های خاص آب – که برای زندگی ضروری هستند – عمدتا از ویژگی دو حالته ناشی می شود.
همانطور که ما آن را می شناسیم آب مایعی ضروری ب رای زندگی است ، با این حال بسیاری از خواص آن با رفتار مایعات دیگر مطابقت ندارد. برخی از این ناهنجاری ها ، مانند حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتی گراد و ظرفیت گرمایی زیاد آن ، پیامدهای مهمی برای موجودات زنده دارد. منشأ این ویژگی ها بحث های شدیدی را از زمان Röntgen در جامعه علمی برانگیخته است.
اکنون ، محققان دانشگاه توکیو از یک مدل دو حالته استفاده کرده اند که وجود پویای دو نوع ساختار مولکولی در آب مایع را نشان می دهد. اینها ساختار بی نظم مایع و ساختار چهار ضلعی محلی هستند. مانند بسیاری دیگر از انتقال فازها ، ممکن است یک “نقطه بحرانی” وجود داشته باشد که در آن همبستگی بین تتراهدرا شکل قانون-قدرت به خود می گیرد ، به این معنی که دیگر هیچ مقیاس طول “معمولی” وجود نخواهد داشت.
با استفاده از شبیه سازی رایانه ای مولکول های آب ، همراه با تجزیه و تحلیل جامع داده های آزمایشی ساختاری ، ترمودینامیکی و دینامیکی – از جمله پراکندگی اشعه ایکس ، اندازه گیری چگالی ، قابلیت فشردگی و ویسکوزیته – محققان توانستند جایی را که باید یک نقطه بحرانی باشد ، اگر وجود داشته باشد، محدود کنند.
نویسنده ارشد Rui Shi می گوید: “اگر در این شرایط تشکیل ساختارهای چهار وجهی در آب مایع همکاری داشته باشد ، پس یک مرحله انتقال مایع مایع با یک نقطه بحرانی امکان پذیر است.”
این تیم نشان داد که این اتفاق در دمای 90- درجه سانتی گراد و فشار حدود 1700 اتمسفر رخ می دهد. آزمایش در این محدوده بسیار دشوار است: از آنجا که درجه آب بسیار کمتر از یخ زدگی طبیعی است ، بلورهای یخ می توانند به سرعت تشکیل شوند. با این حال ، نمونه ها می توانند در این فشارهای بسیار بالا در حالت “فوق خنک شده” قابل تبدیل به حالت مایع باقی بمانند.
نویسنده ارشد حاجیم تاناکا می گوید :”ما شواهدی دال بر واقعی بودن نقطه بحرانی دیدیم ، اما تأثیر آن در ناحیه آزمایش مایع آب مایع تقریبا ناچیز است زیرا از نقطه بحرانی بسیار دور است. این بدان معنی است که ناهنجاری های آب از ویژگی دو حالته ناشی می شود ، “. دانشمندان پیش بینی می کنند که این پروژه منجر به همگرایی بحث طولانی درباره منشأ ناهنجاری های آب و تحقیقات تجربی بیشتر برای دستیابی به دومین نقطه مهم آب شود. https://phys.org
