Natuklasan ng mga siyentipiko ang isang bagong estado ng tubig

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Isa sa mga pangunahing bagay na natututuhan natin sa mga klase sa agham sa paaralan ay ang tubig ay maaaring umiral sa tatlong magkakaibang estado: solidong yelo, likidong tubig, o gas na singaw. Ngunit kamakailan lamang, ang isang internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko ay nakahanap ng mga palatandaan na ang likidong tubig ay maaaring aktwal na umiral sa dalawang magkaibang estado.

Habang nagsasagawa ng gawaing pananaliksik - ang mga resulta ay nai-publish sa ibang pagkakataon sa International Journal of Nanotechnology - hindi inaasahang natuklasan ng mga siyentipiko na ang isang bilang ng mga katangian ay nagbabago sa tubig na may temperatura na 50 hanggang 60 ℃. Ang tanda na ito ng posibleng pagkakaroon ng pangalawang likidong estado ng tubig ay nagdulot ng mainit na debate sa mga siyentipikong bilog. Kung nakumpirma, ang pagtuklas ay makakahanap ng mga aplikasyon sa maraming lugar, kabilang ang nanotechnology at biology.

Ang mga pinagsama-samang estado, na tinatawag ding "mga yugto", ay ang pangunahing konsepto ng teorya ng mga sistema ng mga atomo at molekula. Sa halos pagsasalita, ang isang sistema na binubuo ng maraming mga molekula ay maaaring ayusin sa anyo ng isang tiyak na bilang ng mga pagsasaayos depende sa kabuuang halaga ng enerhiya nito. Sa mataas na temperatura (at samakatuwid sa isang mas mataas na antas ng enerhiya), ang isang mas malaking bilang ng mga pagsasaayos ay magagamit sa mga molekula, iyon ay, sila ay hindi gaanong mahigpit na organisado at medyo malayang gumagalaw (gas phase). Sa mas mababang temperatura, ang mga molekula ay may mas kaunting mga pagsasaayos at nasa isang mas organisadong (likido) na yugto. Kung ang temperatura ay bumaba kahit na mas mababa, ipapalagay nila ang isang tiyak na pagsasaayos at bubuo ng isang solid.

Ito ang pangkalahatang kalagayan para sa medyo simpleng mga molekula gaya ng carbon dioxide o methane, na may tatlong natatanging estado (likido, solid, at gas). Ngunit ang mas kumplikadong mga molekula ay may mas malaking bilang ng mga posibleng pagsasaayos, na nangangahulugan na ang bilang ng mga yugto ay tumataas. Ang isang mahusay na paglalarawan nito ay ang dalawahang pag-uugali ng mga likidong kristal, na nabuo mula sa mga complex ng mga organikong molekula at maaaring dumaloy tulad ng mga likido, ngunit nagpapanatili pa rin ng isang solidong kristal na istraktura.

Dahil ang mga yugto ng isang substansiya ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsasaayos ng molekular nito, maraming pisikal na katangian ang nagbabago nang malaki kapag ang isang sangkap ay pumasa mula sa isang estado patungo sa isa pa. Sa nabanggit na pag-aaral, sinukat ng mga siyentipiko ang ilang mga katangian ng kontrol ng tubig sa pagitan ng 0 at 100 ℃ sa ilalim ng normal na kondisyon ng atmospera (upang ang tubig ay likido). Sa hindi inaasahan, nakakita sila ng mga dramatikong pagkakaiba-iba sa mga katangian tulad ng tensyon sa ibabaw ng tubig at ang refractive index (ang index na sumasalamin sa kung paano naglalakbay ang liwanag sa tubig) sa temperatura na humigit-kumulang 50 ℃.

Espesyal na istraktura

Paano ito posible? Ang istraktura ng molekula ng tubig, H₂O, ay napaka-interesante at maaaring ilarawan bilang isang uri ng arrow, kung saan matatagpuan ang oxygen atom sa itaas, at dalawang hydrogen atoms ang "sinasamahan" ito mula sa mga gilid. Ang mga electron sa mga molekula ay may posibilidad na ibinahagi nang walang simetrya, kaya naman ang molekula ay tumatanggap ng negatibong singil mula sa bahagi ng oxygen kumpara sa bahagi ng hydrogen. Ang simpleng tampok na istruktura na ito ay humahantong sa katotohanan na ang mga molekula ng tubig ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa isa't isa sa isang tiyak na paraan, ang kanilang mga kabaligtaran na singil ay umaakit, na bumubuo ng isang tinatawag na hydrogen bond.

Ito ay nagpapahintulot sa tubig sa maraming mga kaso na kumilos nang iba sa kung ano ang naobserbahan ng iba pang mga simpleng likido. Halimbawa, hindi tulad ng karamihan sa iba pang mga sangkap, ang isang tiyak na masa ng tubig ay tumatagal ng mas maraming espasyo sa isang solidong estado (sa anyo ng yelo) kaysa sa isang likidong estado, dahil sa ang katunayan na ang mga molekula nito ay bumubuo ng isang tiyak na regular na istraktura. Ang isa pang halimbawa ay ang pag-igting sa ibabaw ng likidong tubig, na dalawang beses kaysa sa iba pang non-polar, mas simpleng likido.

Ang tubig ay medyo simple, ngunit hindi napakalaki. Nangangahulugan ito na ang tanging paliwanag para sa karagdagang yugto ng tubig na nagpakita mismo ay kumikilos ito ng kaunti tulad ng isang likidong kristal. Ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ay nagpapanatili ng isang tiyak na pagkakasunud-sunod sa mababang temperatura, ngunit maaari rin silang dumating sa isa pang mas malayang estado na may pagtaas ng temperatura. Ipinapaliwanag nito ang mga makabuluhang paglihis na naobserbahan ng mga siyentipiko sa panahon ng pananaliksik.

Kung ito ay nakumpirma, ang mga konklusyon ng mga may-akda ay maaaring magkaroon ng maraming gamit. Halimbawa, kung ang mga pagbabago sa kapaligiran (sabihin, temperatura) ay nangangailangan ng mga pagbabago sa mga pisikal na katangian ng isang sangkap, ayon sa teorya ay magagamit ito upang lumikha ng mga kagamitan sa tunog. O maaari mo itong lapitan nang mas panimula - ang mga biological system ay pangunahing binubuo ng tubig. Kung paano nakikipag-ugnayan ang mga organikong molekula (tulad ng mga protina) sa isa't isa ay malamang na nakadepende sa kung paano bumubuo ang mga molekula ng tubig sa bahaging likido. Kung naiintindihan mo kung paano kumikilos ang mga molekula ng tubig sa karaniwan sa iba't ibang temperatura, maaari mong linawin kung paano sila nakikipag-ugnayan sa mga biological system.

Ang pagtuklas na ito ay isang magandang pagkakataon para sa mga teorista at eksperimento, pati na rin ang isang mahusay na halimbawa ng katotohanan na kahit na ang pinaka-pamilyar na sangkap ay maaaring magtago ng mga lihim sa loob mismo.

Rodrigo Ledesma Aguilar