فاجأ السائل الأكثر شيوعًا على وجه الأرض العلماء مرة أخرى

يكشف الماء تحت التأثيرات الشديدة عن خصائص فريدة. عندما قام الباحثون في جامعة مانشستر بضغط الماء إلى قنوات رفيعة للغاية داخل البلورات، بدأ في توصيل الكهرباء بكفاءة 100000 مرة أكثر من الماء العادي. ونشرت نتائج الدراسة في المجلة طبيعة.

يعد هذا الاكتشاف مهمًا لأن العديد من العمليات الطبيعية تحدث عند السطح الفاصل بين الماء والأسطح الصلبة، وليس في الجزء الأكبر من السائل. إن فهم كيفية تصرف الماء في ظل هذه الظروف يمكن أن يغير فهمنا للعمليات الكيميائية داخل الخلايا والمواد بشكل جذري.

ترتبط جزيئات الماء عادة بروابط هيدروجينية، لتشكل شبكة تساعد الماء على إذابة الأملاح وتثبيت البروتينات وتوصيل التيار الكهربائي. ركز البحث، الذي قادته الفيزيائية لورا فوماجالي من جامعة مانشستر، على كيفية تصرف الماء بين المواد التي تكون ذرة أو أكثر سمكًا. وهذه الأخيرة تشبه أغشية الخلايا والبروتينات المهمة للحياة والصحة. وتلعب طبقات الماء هناك دورًا رئيسيًا في التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا، ويمكن أن يؤثر سلوكها بشكل كبير على العمليات البيولوجية.

تغييرات الموصلية

استخدمت الدراسة قنوات نانوية – أنفاق مستطيلة ضيقة، يبلغ ارتفاعها 0.00000008 بوصة فقط، بين طبقات الجرافيت ونيتريد البورون، والتي تم سحب المياه إليها. ولدراسة هذه الطبقات، استخدم العلماء المجهر الماسح العازل، والذي يسمح بقياسات دقيقة للنشاط الكهربائي المحلي.

وقد أظهرت الأبحاث أنه عند ضغط الماء في هذه القنوات الضيقة، يرتفع ثابت عزله الكهربائي إلى 1000، وتصل موصليته إلى قيم مماثلة لموصلات البروتون.

ومع تضييق الفجوة بين الطبقات، أصبح الماء أكثر موصلية، وأصبحت روابطه الهيدروجينية داخل الطبقات فوضوية، مما أدى إلى تسريع حركة البروتونات. تسمح هذه العملية، المعروفة باسم آلية جروثوس، للبروتونات بالقفز بين جزيئات الماء في سباق التتابع.

يمكن أن تؤثر هذه الدراسات بشكل كبير على تطوير التقنيات اللازمة لإنشاء أغشية وأجهزة طاقة أكثر كفاءة. على سبيل المثال، مثل أغشية تبادل البروتونات لخلايا الوقود، والتي تسمح للبروتونات بالمرور بين الأقطاب الكهربائية ولكنها تحجب الإلكترونات.

اشترك واقرأ “العلم” في

برقية