با بکار گیری رایانه های فوق سریع و استفاده از قوانین فیزیک، دانشمندان دانشگاه های دلویر (Delaware) و رادبود (Radboud) کشور هلند، روش جدیدی را برای آشکار ساختن خواص مخفی آب بوجود آوردند.
شبیه سازی آنها از مولکول های آب، که فقط بر پایه قوانین فیزیک کوانتومی است و از هیچ داده ی آزمایشگاهی بهره نجسته است، خواهد توانست به علم و صنعت در گستره وسیعی از کاربردها کمک نماید، از تحقیقات بیولوژیکی مربوط به پروتئین و دیگر فرایندهای زیستی گرفته تا طراحی نسل بعدی نیروگاه های تولید انرژی.
این پژوهش در مقاله ای تحت عنوان "Predictions of the Properties of Water from First Principles" در شماره 2 ماه مارس مجله ساینس (Science) گزارش داده شده است.
همه میدانیم که یک مولکول آب به صورت H2O نشان داده میشود (دو مولکول هیدروژن که به یک مولکول اکسیژن پیوند خورده اند). به نظر ساده است. اما مایع آب خیلی پیچیده تر از آن است.
آب به صورت یک مایع ابدا ساده نیست و چندین خاصیت مختلف دارد که در هیچ مایع دیگری یافت نمیشود. برای مثال، یک پدیده غیر متعارف آب اینست که چگالی آن در دمای 4 درجه سانتیگراد بیشترین مقدار را دارد. به همین دلیل است که یک تکه یخ بر روی آب شناور میماند، این در حالی میباشد که حالت جامد ترکیبات دیگر به درون مایع آن ها فرومیرود.
در میان خواص بسیار زیاد آن، آب میتواند مقادیر زیادی حرارت را قبل از اینکه داغ شود به خود جذب کند، و همچنین حرارت را به کندی در حین سرد شدن از دست میدهد. از طرف دیگر، بدون در نظر گرفتن فصل، آبگیر ها در طول روز میتوانند بجوشند و در شب یخ بزنند.
ویژگی های منحصر به فرد آب مستقیما به ساختار مولکولی آن و توانایی مولکول های آب برای تشکیل پیوند های هیدروژنی با دیگر مولکول های آب مربوط میشوند.
مدت زیادی بود که پژوهش گران فکر میکردند که هر مولکول آب در حالت مایع به طور متوسط با چهار مولکول دیگر توسط پیوند هیدروژنی مرتبط شده است. تا اینکه در سال 2004 در مقاله ای اظهار شد که این ارتباط تنها با دو مولکول دیگر وجود دارد. آن اظهار آزمایشگاهی به طور کامل کنار گذاشته نشد زیراکه مدل های تئوری موجود آب مایع به دسته خاصی از آزمایش ها مربوط میگشتند.
با وجود این، ابهامات در مورد ساختار آب مایع میتواند برطرف شود اگر که توسط قوانین فیزیک به طور مستقیم پیش گویی شود.
| با استفاده از فیزیک کوانتومی که بکار گیری قوانین فیزیک در مقیاس میکروسکوپی است، دانشمندان توانستند یک چهارچوب تئوریکی جدید را برای توصیف رفتار هر اتم مولکول آب تولید کنند. |
این امکان از آنجا بوجود آمد که رایانه های فوق سریع چند پردازشگره برای حل دقیق معادلات کوانتوم مکانیکی توصیف کننده نیروهایی که هر مولکول آب بر یکدیگر وارد میکنند بکار گرفته شد. با دانستن این نیرو ها، میتوان حرکت گروهی مولکول های آب را فهمید و تمام خواص آب مایع را پیش گویی کرد.
به سرانجام رسیدن مطالعات چندین ماه به طول انجامید. نتیجه آن یک مدل جدید است. اولین مدلی که میتواند به طور دقیق هم خواص یک جفت مولکول آب و هم خواص آب به صورت مایع را پیش گویی کند.
در بین کاربرد های متعدد آن، پژوهش گران میتوانند به دانشمندان در خصوص درک بهتر آب کمک کنند. این کمک نه تنها در مورد آب به صورت مایع است بلکه در حالت های دیگری مانند شکل های بلوری یخ و همچنین آب در شرایط بحرانی مانند آب فوق العاده واکنش دهنده اَبُربحران " highly reactive supercritical water" که برای حذف آلودگی های گنداب ها wastewater و بازیابی پلاستیک در چرخه های شیمیایی کاربرد دارد.
0 نظر:
ارسال یک نظر