اكتشف الكيميائيون نقطة التجمد للمياه فائقة البرودة

من السهل تخيل أن الماء يجب أن يكون من أفضل المواد المفهومة في العلوم. بعد كل شيء ، ربما يكون هذا السائل هو أفضل مادة تمت دراستها على الأرض. لكن الحقيقة هي أن العديد من خصائصه لا تزال تحير العلماء.

أحد الأحجية التي لم يتم حلها هو نقطة التجمد. لقد عرف العلماء منذ سنوات عديدة أنه يمكنك تبريد الماء السائل بدرجة حرارة أقل من صفر درجة مئوية دون أن يتجمد. وذلك لأن الماء يحتاج إلى حدث تنوي لتحريك عملية تكوين الجليد. بدون نواة الجليد ، يبقى سائلاً.

لكن إلى أي مدى يمكن أن تنخفض؟



اليوم ، لدينا إجابة من نوع ما بفضل عمل إميلي مور وفاليريا مولينيرو في جامعة يوتا في سولت ليك سيتي.

جزء من المشكلة هو أن تجارب قياس درجة حرارة التجمد يصعب إجراؤها لدرجة أن أحداً لم يتمكن من إدارتها. لكن الأدلة تشير إلى احتمالية أن تبدأ بلورات الجليد في التكون على أي حال عند درجات حرارة تبلغ حوالي -41 درجة مئوية.

كيفية صنع الايثانول

يجب أن يتجمد الماء ذو ​​التبريد الفائق عند درجة الحرارة هذه تقريبًا ولكن لم ينجح أحد في قياسها لأنه دائمًا ما يبدأ في التجمد في وقت مبكر.

يتغلب Moore و Molinero على هذه المشكلة من خلال محاكاة سلوك التجميد لأكثر من 250000 جزيء ماء على الكمبيوتر. ما وجدوه هو أنه بمجرد أن تبدأ العملية الطبيعية لتكوين الجليد ، فلا يمكن للماء أن يبقى سائلاً عند درجات حرارة أقل بكثير.

في الواقع ، تشير محاكاتهم إلى أن درجة التجمد الطبيعية للمياه فائقة البرودة تبلغ حوالي -43 درجة مئوية ، أي أقل بقليل من درجة الحرارة التي تتشكل عندها بلورات الجليد بشكل طبيعي. هذا كما هو متوقع ولكن المحاكاة تعطي أيضًا رؤى جديدة حول الطريقة التي يحدث بها هذا التجميد.

في هذه الحالة ، الماء عبارة عن مزيج من الجليد منخفض الكثافة وجزيئات الماء التي على وشك أن تصبح جليدًا ، وهو ما يسميه الكيميائيون أربعة منسقة مما يعني أن كل جزيء مرتبط بأربعة جزيئات أخرى. يبدو أن بنية أربعة مياه منسقة لها تأثير مهم على المعدل الذي يمكن أن يتشكل به الجليد وهذا ما يحدد نقطة التجمد.

ومع ذلك ، هناك تحذير مهم. تتطلب عمليات المحاكاة تصحيحًا كبيرًا قبل أن تنتج نتيجة واقعية فيزيائية. لسبب ما ، يقترحون أن تكوين الجليد الطبيعي يبدأ في الحدوث عند حوالي -71 درجة مئوية وأن الماء فائق البرودة يتجمد عند حوالي -73 درجة مئوية.

هذا أقل بـ 30 درجة مما هو عليه في العالم الحقيقي. للتغلب على هذا ، أضاف Moore و Molinero ببساطة 30 درجة لجميع نتائجهم. ليس من الواضح سبب توقف المحاكاة كثيرًا.

أفضل تقنية في العالم

ومع ذلك ، إذا كان العمل صالحًا ، فقد يكون له تأثير كبير في مجالات علمية أخرى.

تعتبر درجة الحرارة التي يتجمد عندها الماء شديد البرودة عاملاً مهمًا في تكوين السحب. والتغييرات الصغيرة في هذه العملية ، عند إدخالها في نماذج تغير المناخ ، يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التنبؤات حول مستقبل الأرض.

لم يتضح بعد كيف ستغير الأرقام الجديدة التنبؤات المناخية. وبالطبع ، سيريد علماء المناخ دليلاً أفضل من محاكاة حاسوبية متزعزعة قليلاً. لكنها خطوة جيدة للأمام وتستحق الانتباه لتأثيرها في أماكن أخرى من العلم.

المرجع: arxiv.org/abs/1107.1622: التحول الهيكلي في المياه فائقة التبريد يتحكم في معدل تبلور الجليد

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

مؤشر With

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به