اگه فکر می‌کردین آب دیگه برامون هیچ حرف تازه‌ای نداره و همه چیِش رو می‌دونیم، باید تجدید نظر کنین! محقق‌ها هنوز هم دارن از دلِ همین ماده‌ی آشنا، رازهای عجیب‌غریبی بیرون می‌کشن. مخصوصاً وقتی که آب رو تو محیط‌های فوق‌العاده کوچیک گیر بندازن، مثلاً تو حفره‌های ریز مواد مصنوعی یا حتی داخل پروتئین‌ها و مواد معدنی. راستش اون موقع دیگه آب مثل حالت عادی خودش رفتار نمی‌کنه.
این حالتِ آب که تحت فشار و توی فضاهای خیلی تنگ گیر میفته، واقعاً برای طبیعت و تکنولوژی حیاتی‌یه. برای مثال، همین پدیده باعث میشه یون‌ها بتونن از غشاهای سلولی رد بشن یا عملکرد سیستم‌های نانوفلوئیدیک رو مشخص می‌کنه. (نانوفلوئیدیک یعنی سیستم‌هایی که با مایعات تو مقیاس نانومتری سروکار دارن!)
اما رازی که اخیراً کشف شده، یه حالت بامزه و عجیب به اسم “حالت پریمِلتینگ” یا پیش‌ذوبیه! این یعنی چی؟ فرض کنین آب جوری باشه که همزمان یه‌جورایی یخه، اما داره ذوب هم میشه – نه کاملاً مایع، نه کاملاً جامد! انگار بین دو دنیا گیر کرده! تو این وضعیت اصلاً نمی‌تونن بگن جنسه، یا مایعه.
اما کشف این حالت آسون نبود. با روش‌های عادی، سرعت حرکت اتم‌های هیدروژن (که تو هر مولکول آب هستن) اینقدر بالاست که ردشون رو نمی‌شه راحت گرفت.
گروهی از دانشگاه علوم توکیو، به رهبری پروفسور ماکوتو تادوکورو، با همکاری فائومیا کوبایاشی (استاد مدرس) و دانشجوی دکترا تومویا نامیکی، تونستن با یه روش پیشرفته به اسم طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای یا همون NMR (این تکنیک برای دیدن حرکت اتم‌ها در سطح خیلی ریز استفاده میشه)، مستقیماً این حالت پریمِلتینگ رو ببینن و بررسی کنن.
چی کار کردن؟ اونا اومدن کریستال‌هایی به شکل میله‌های شش‌ضلعی ساختن که داخلش یه کانال باریک در حد ۱.۶ نانومتر قرار داشت. بعد این کانال‌ها رو با آب سنگین یا D₂O پر کردن (آب سنگین نوعی آب با ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن به اسم دوتریومه). بعدشم تو دمای اتاق با همون دستگاه NMR شروع به اندازه‌گیری کردن.
اینطوری فهمیدن که آب داخل اون کانال‌های ریز (که بهش میگن نانوپور) اصلاً شبیه یخ یا آب معمولی رفتار نمی‌کنه. مولکول های آب تو این فضاها به جای تک لایه، سه تا لایه درست می‌کنن و هر لایه هم رفتار خاص خودشو داره! وقتی می‌خواستن آب یخ‌زده رو آروم آروم گرم کنن، دیدن وسط راه، قبل از اینکه کاملاً ذوب بشه، یه حالت عجیبی پیش میاد – همون پریمِلتینگ!
پروفسور تادوکورو توضیح داده: تو این وضعیت، اول H₂Oهایی که پیوند هیدروژنی کاملاً محکمی با هم ندارن شروع به ذوب شدن می‌کنن؛ بعد یخ اصلی میاد نوبتش! خلاصه، تو یه نقطه از این فرایند، لایه‌هایی از مولکول‌های فریز شده کنار آب‌هایی که با سرعت کمتر حرکت می‌کنن معمولاً همزمان پیدا می‌شن.
حالا نکته جالب‌تر: دانشمندها اندازه‌گیری کردن که توی همین حالت پریمِلتینگ، مولکول‌های آب سنگین می‌تونن با سرعتی شبیه به آب مایع حرکت وضعی (یعنی دور خودشون بچرخن)، در حالی که جای خودشون تقریباً ثابته؛ یعنی شبیه یخ! پس یه جور تعادل عجیب پیش میاد: آب هم یخ زده است، هم داره مثل مایع تکون می‌خوره.
این کشف فقط جالب نیست، بلکه کلی کاربرد هم داره! اگه بتونیم ساختار یخ رو به شیوه‌های جدید کنترل کنیم، شاید بشه گازهای مهمی مثل هیدروژن یا متان رو خیلی راحت‌تر و ایمن‌تر ذخیره کنیم یا حتی مواد جدیدی مثل گاز هیدرات مصنوعی بسازیم. (گاز هیدرات یعنی مخلوطی از آب و گاز که حالت کریستالی پیدا کرده، معمولاً برای ذخیره‌سازی انرژی کاربرد داره.)
با این دستاوردها، احتمالاً تو آینده می‌تونیم کنترل بیشتری روی ذوب و یخ زدن آب داشته باشیم، و این یعنی شاید باتری‌ها، سیستم‌های انرژی و حتی نانوتکنولوژی خیلی پیشرفته‌تری بسازیم.
در نهایت، این تحقیق بازم ثابت کرد حتی معمولی‌ترین چیزهای دنیا، مثل همین آب، هنوز کلی راز و رمز باحال دارن که منتظر کشف شدنه! نتایج این مطالعه تو ژورنال معتبر Journal of the American Chemical Society هم منتشر شده تا همه محقق‌ها بتونن بیشتر درباره‌اش بدونن.
منبع: +
