Окумуштуулар суунун жаңы абалын ачышты

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Мектептеги табигый сабактарда биз үйрөнгөн негизги нерселердин бири бул суу үч түрдүү абалда болушу мүмкүн: катуу муз, суюк суу же газ түрүндөгү буу. Бирок жакында эле эл аралык окумуштуулар тобу суюк суу чындыгында эки башка мамлекетте болушу мүмкүн экендигинин белгилерин тапты.

Изилдөө иштерин жүргүзүүдө - натыйжалар кийинчерээк Эл аралык Нанотехнология журналында жарыяланды - окумуштуулар күтүлбөгөн жерден 50-60 ℃ температурасы менен суунун бир катар касиеттери өзгөрөрүн аныкташкан. Суунун экинчи суюк абалынын мүмкүн болушунун бул белгиси илимий чөйрөлөрдө кызуу талкууну жаратты. Эгер тастыкталса, анда ачылыш көптөгөн тармактарда, анын ичинде нанотехнологияда жана биологияда колдонмолорду табат.

Агрегаттык абалдар, алар «фазалар» деп да аталат, атомдордун жана молекулалардын системаларынын теориясынын негизги концепциясы болуп саналат. Болжол менен айтканда, көптөгөн молекулалардан турган система анын жалпы энергия көлөмүнө жараша белгилүү сандагы конфигурациялар түрүндө уюштурулушу мүмкүн. Жогорку температурада (ошондуктан жогорку энергетикалык деңгээлде) молекулалар үчүн көбүрөөк сандагы конфигурациялар бар, башкача айтканда, алар азыраак катуу уюшулган жана салыштырмалуу эркин кыймылдашат (газ фазасы). Төмөнкү температурада молекулалар азыраак конфигурацияга ээ жана бир кыйла уюшкан (суюк) фазада болушат. Температура андан да төмөн түшсө, алар белгилүү бир конфигурацияны кабыл алып, катуу затты түзүшөт.

Бул үч түрдүү абалга (суюктук, катуу жана газ) ээ болгон көмүр кычкыл газы же метан сыяктуу салыштырмалуу жөнөкөй молекулалардын жалпы абалы. Бирок татаалыраак молекулаларда мүмкүн болгон конфигурациялардын саны көбүрөөк болот, демек фазалардын саны көбөйөт. Мунун эң сонун иллюстрациясы органикалык молекулалардын комплекстеринен пайда болгон суюк кристаллдардын кош жүрүм-туруму болуп саналат, алар суюктуктар сыяктуу агып кете алышат, бирок дагы эле катуу кристаллдык түзүлүштү сактап калышат.

Заттын фазалары анын молекулярдык конфигурациясы менен аныкталгандыктан, зат бир абалдан экинчи абалга өткөндө көптөгөн физикалык касиеттери кескин өзгөрөт. Жогоруда айтылган изилдөөдө илимпоздор нормалдуу атмосфералык шарттарда (суу суюк болушу үчүн) 0 жана 100 ℃ ортосундагы суунун бир нече контролдук касиеттерин ченешкен. Күтүлбөгөн жерден алар болжол менен 50 ℃ температурада суунун беттик чыңалуусу жана сынуу көрсөткүчү (жарыктын суу аркылуу кандай өтүшүн чагылдырган индекс) сыяктуу өзгөчөлүктөрдө кескин өзгөрүүлөрдү табышкан.

Атайын структура

Бул кантип мүмкүн? Суу молекуласынын H₂O түзүлүшү абдан кызыктуу жана кычкылтек атому жогору жагында жайгашкан жана аны капталдарынан эки суутек атому «коштогон» бир жебе катары сүрөттөлсө болот. Молекулалардагы электрондор ассиметриялуу бөлүштүрүлөт, ошондуктан молекула суутек тарапка салыштырмалуу кычкылтек тараптан терс заряд алат. Бул жөнөкөй структуралык өзгөчөлүк суу молекулаларынын белгилүү бир жол менен бири-бири менен өз ара аракеттене башташына алып келет, алардын карама-каршы заряддары тартылып, суутек байланышы деп аталган нерсе пайда болот.

Бул көптөгөн учурларда сууга башка жөнөкөй суюктуктар байкагандан башкача иш кылууга мүмкүндүк берет. Мисалы, көпчүлүк башка заттардан айырмаланып, суюктуктун молекулалары белгилүү бир регулярдуу түзүлүштү түзгөндүктөн, суюктукка караганда катуу абалда (муз түрүндө) көбүрөөк орун ээлейт. Дагы бир мисал, суюк суунун беттик чыңалуусу башка полярдуу эмес, жөнөкөй суюктуктардан эки эсе көп.

Суу абдан жөнөкөй, бирок басымдуу эмес. Бул суунун өзүн көрсөткөн кошумча фазасынын бир гана түшүндүрмөсү, ал өзүн бир аз суюк кристаллдай алып жүрөт дегенди билдирет. Молекулалар арасындагы суутек байланыштары төмөнкү температурада белгилүү бир тартипти сактайт, бирок алар температуранын жогорулашы менен башка, эркин абалга да келе алышат. Бул изилдөө учурунда окумуштуулар байкаган олуттуу четтөөлөрдү түшүндүрөт.

Эгер бул ырасталса, авторлордун корутундулары көп колдонулушу мүмкүн. Мисалы, айлана-чөйрөнүн өзгөрүшү (айталы, температура) заттын физикалык касиеттерин өзгөртүүгө алып келсе, теориялык жактан бул үн берүүчү жабдууларды түзүү үчүн колдонулушу мүмкүн. Же ага принципиалдуу мамиле кылсаңыз болот - биологиялык системалар негизинен суудан турат. Органикалык молекулалар (мисалы, белоктор) бири-бири менен кантип өз ара аракеттенишет, кыязы, суу молекулалары суюк фазаны кантип түзөөрүнө жараша болот. Эгерде сиз суунун молекулаларынын ар кандай температурада орточо кандайча аракеттенерин түшүнсөңүз, алардын биологиялык системаларда кандайча өз ара аракеттенишээрин тактай аласыз.

Бул ачылыш теоретиктер жана экспериментаторлор үчүн чоң мүмкүнчүлүк, ошондой эле эң тааныш зат да өз ичиндеги сырларды жашыра аларынын эң сонун мисалы.

Родриго Ледесма Агилар