آب ابر سرد

به گزارش ایرنا به نقل از مجله تکنولوژی ریویو و انجمن فیزیک ایران، اینکه آب یکی از موادی است که در علم بخوبی شناخته شده به آسانی قابل تصور است...

به طور کلی، این مایع احتمالا بیش از هر ماده دیگری در زمین مورد مطالعه قرار گرفته است؛ با این همه واقعیت این است که برخی از ویژگی های این ماده هنوز دانشمندان را سردرگم می کندکه یکی از معماهای حل نشده نقطه انجماد آن است.
دانشمندان سالهاست می دانند که می توان آبِ مایع را تا کمتر از صفر درجه سانتیگراد سرد کرد، بدون آنکه یخ بزند. دلیل این پدیده این است که آب برای آغاز فرآیند یخ زدن نیازمند بذر است؛ بدون وجود هسته‌های یخی، آب به صورت مایع باقی می ماند.
اما دما را چقدر می توان پائین آورد؟
اکنون به لطف پژوهش های امیلی مور و والریا مولینرو در دانشگاه اوتا در شهر سالت لِیک، برای این پرسش پاسخی داریم.
بخشی از مساله نیازمند آزمایشی است که دمای انجماد را اندازه گیری می کند که بسیار دشوار است و تاکنون کسی آن را ترتیب نداده است.
اما شواهد حاکی از آن است که احتمالا دمایی که پایین تر از آن به هر حال بلورهای یخ تشکیل می شود، 41- درجه سانتیگراد است.
آبی که به دمای زیر انجماد رسیده است یا همان آب اَبَر سرد باید در حدود چنین دمایی یخ بزند؛ اما کسی نتوانسته با موفقیت این دما را محاسبه کند، زیرا همیشه پیش از این دما آب شروع به یخ زدن می کند.
امیلی مور  و  والریا مولینرو  این مساله را با شبیه سازی رفتار انجمادی بیش از 250 هزار مولکول آب در یک کامپیوتر بررسی کردندو دریافتند که به محض آغاز فرآیند طبیعی یخ زدن، دیگر آب نمی تواند تا دمای بسیار پایین تر مایع بماند.
در حقیقت شبیه سازی آنها نشان می دهد که نقطه ی انجماد طبیعی آبِ اَبَر سرد در حدود 43- درجه سانتیگراد و پایین تر از دمایی است که بلور های یخی به طور طبیعی تشکیل می شود.
این همان چیزی است که انتظار می رفت اما این شبیه سازی نگاه جدیدی را به شیوه این یخ زدگی به دست می دهد.
در این حالت، آب مخلوطی از مولکولهای یخ و آبِ کم چگالی است که در آستانه انجماد قرار دارد که شیمیدان ها آن را آب چهار وجهی  می نامند و به این معنی است که هر مولکول به 4 مولکول دیگر متصل است.
به نظر می رسد که ساختار آب 4 وجهی نقش مهمی در سرعت تشکیل یخ دارد و این چیزی است که نقطه انجماد را مشخص می کند.
با این وجود نگرانی مهمی در رابطه با شبیه سازی آنها وجود دارد؛ پیش از آنکه آنها به نتیجه ی فیزیکیِ منطقی برسند شبیه سازی های شان نیازمند تصحیحی اساسی است.
به دلایلی که واضح نیست آنها باید 30 درجه به نتایج خود اضافه کنند تا دمای 73- درجه سانتیگراد را که شبیه سازی هایشان برای دماهای یخ زدگی آب ابر سرد میدهد توجیه کنند.
با این وجود، اگر این تحقیق معتبر باشد، می تواند اثر مهمی در درک ما از این پدیده بدهد