تمكن الباحثون من تحويل الماء داخل أنابيب السيليكا الدقيقة إلى حالة تشبه المادة الصلبة من حيث الشكل والسلوك الميكانيكي، بينما لا تمتلك التركيب البلوري للثلج العادي. تظل هذه الحالة الجديدة مستقرة حتى في درجات حرارة مختلفة من -٢٠ إلى +٩٠ درجة مئوية.
الماء في أنابيب السيليكا
عادةً ما يتم صب الماء بسهولة في وعاء، وعند إمالة الوعاء، يبدأ في الحركة ويتخذ شكله. ولكن في هذه التجربة، واجه الماء داخل أنابيب السيليكا خصائص خاصة. عندما خرج الماء من هذه الأنابيب وتم فحصه بأدوات دقيقة، احتفظ بشكله ولم يتدفق بسهولة.
اقرأ المزيد: طهران في قائمة ١٠٠ مجموعة رائدة في الابتكار العالمي؛ المرتبة ٦٥ في تقييم WIPO
تظهر الدراسات التي أجريت باستخدام تقنيات متقدمة مثل مطيافية رامان، والأشعة تحت الحمراء، والتصوير بالرنين المغناطيسي النووي أن جزيئات الماء في هذه الحالة تتحرك بشكل محدود للغاية مقارنة بالماء العادي. بالإضافة إلى ذلك، تظهر دراسة هيكله باستخدام تشتت الإلكترونات أنه لا توجد أي علامات على التركيب البلوري المنتظم للثلج العادي. لهذا السبب، يصف الباحثون هذه الحالة بشكل أكبر بأنها ماء شبيه بالجماد وغير متبلور، وليس نوع الثلج البلوري المعتاد.
تأثير الحجم على سلوك الماء
وجد الباحثون أن السطح الداخلي لهذه الأنابيب الصغيرة جداً يحتوي على مجموعات كيميائية خاصة تُعرف بالسيلانول (SiOH) التي يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. عندما يصبح قطر الأنبوب صغيراً بما فيه الكفاية، تصبح عدد هذه التفاعلات السطحية مهمة جداً مقارنة بحجم الماء. وهذا يعني أن حركة جزيئات الماء محدودة، وتتكون شبكة من الروابط التي تساعد في تشكيل حالة شبيهة بالجماد. بعبارة أخرى، الماء في مساحة صغيرة جداً لم يعد هو نفس الماء الذي نراه في كوب.
في التجارب التي أجريت، قام الباحثون بدراسة أنابيب بأقطار مختلفة وحققوا نتائج مثيرة. عندما يصل قطر الأنبوب الداخلي إلى حوالي ٢ إلى ٥ ميكرومتر ويصبح أصغر، يتغير سلوك الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الشبيهة بالجماد. في الأنابيب الأكبر، يتصرف الماء بشكل أكثر اعتيادية. تشير هذه النتائج إلى أن حجم الفضاء على المقياس المجهري يمكن أن يغير خصائص المادة المعروفة للماء.
أحد الجوانب الأكثر إثارة في هذا البحث هو أن الماء الشبيه بالجماد في التجارب في درجات حرارة مختلفة، من -٢٠ إلى +٩٠ درجة مئوية، احتفظ بشكله. كما أن عينة منه كانت بسمك حوالي ١٠٠ نانومتر، وبعد ٥٤ يوماً لا تزال تحتفظ بشكلها الشبيه بالجماد. يمكن أن تكون هذه الخصائص الجديدة للماء لها عواقب مهمة لفهمنا لهذه السائل الحيوي وتطبيقاته في التكنولوجيا الحديثة.
اقرأ المزيد: العملاء في سوق إصلاح الهواتف المحمولة يواجهون تحديات الأسعار والجودة · باحثو جامعة هايدلبرغ: العلاقة بين الخصائص الشخصية ومواجهة الكوابيس
