اكتشاف جزيء الماء سيجبر الكتب المدرسية على إعادة كتابتها • Earth.com

وفي تحول ملحوظ عن المعرفة التقليدية، أظهرت دراسة حديثة أجراها باحثون من جامعة جامعة كامبريدج ومعهد ماكس بلانك ل أبحاث البوليمر يكشف عن رؤى رائدة في سلوك جزيئات الماء.

يحمل هذا الاكتشاف، الذي يستعد لإعادة رسم نماذج الكتب المدرسية، آثارًا مهمة على فهمنا لعلوم المناخ والبيئة.

جزيئات الماء والمياه المالحة

تقليديًا، كان من المفهوم أن جزيئات الماء الموجودة على أسطح المياه المالحة، أو المحاليل الإلكتروليتية، تصطف بطريقة معينة.

ويلعب هذا المحاذاة دورًا محوريًا في مختلف العمليات الجوية والبيئية، مثل تبخر مياه المحيط، وهو جزء لا يتجزأ من كيمياء الغلاف الجوي وعلوم المناخ.

وبالتالي، فإن الفهم الشامل لهذه السلوكيات السطحية هو المفتاح لمعالجة التأثير البشري على كوكبنا.

ومع ذلك، فإن الطرق التقليدية لدراسة هذه الأسطح، وخاصة باستخدام تقنية تعرف باسم توليد مجموع الترددات الاهتزازية (VSFG)، كانت لها حدودها.

توليد مجموع الترددات الاهتزازية (VSFG)

في حين أن VSFG يمكنه قياس قوة الاهتزازات الجزيئية بشكل فعال في هذه الواجهات الحرجة، إلا أنه لا يستطيع التمييز بين ما إذا كانت هذه الإشارات إيجابية أم سلبية.

وقد أدت هذه الفجوة تاريخياً إلى تفسيرات غامضة للبيانات.

قام فريق البحث، الذي يستخدم نسخة متقدمة من VSFG، والمعروفة باسم Heterodyne-detected (HD)-VSFG، إلى جانب النمذجة الحاسوبية المتطورة، بمعالجة هذه التحديات بشكل مباشر.

سمح نهجهم بإجراء دراسة أكثر دقة لمحاليل الإلكتروليت المختلفة وسلوكها عند الواجهة بين الهواء والماء.

نتائج ثورية

إن ما تم اكتشافه من هذه الدراسة ليس أقل من كونه ثوريًا. على عكس الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة بأن الأيونات تشكل طبقة كهربائية مزدوجة، توجه جزيئات الماء في اتجاه واحد، يوضح البحث سيناريو مختلف تمامًا.

تم العثور على كل من الأيونات الموجبة (الكاتيونات) والأيونات السالبة (الأنيونات) مستنفدة من السطح البيني للماء/الهواء.

والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الكاتيونات والأنيونات الموجودة في الإلكتروليتات البسيطة يمكنها توجيه جزيئات الماء في الاتجاهين العلوي والسفلي، مما يؤدي إلى قلب النماذج الحالية.

الدكتور يائير ليتمان يوسف حميد قسم الكيمياء، المؤلف المشارك الأول للدراسة، يوضح النتائج.

وأوضح ليتمان: “يوضح عملنا أن سطح محاليل الإلكتروليت البسيطة له توزيع أيوني مختلف عما كان يعتقد سابقًا”.

“يحدد السطح السفلي المخصب بالأيونات تنظيم الواجهة: في الأعلى، توجد طبقات قليلة من الماء النقي، ثم طبقة غنية بالأيونات، يليها المحلول الملحي”.

الآثار المترتبة على دراسة جزيء الماء

مرددًا أهمية هذه النتائج، يسلط الدكتور كو يانج شيانج من معهد ماكس بلانك، وهو أيضًا مؤلف مشارك أول، الضوء على الاستخدام المشترك لـ HD-VSFG عالي المستوى وعمليات المحاكاة.

وأوضح تشيانج: “توضح هذه الورقة أن الجمع بين HD-VSFG عالي المستوى وعمليات المحاكاة يعد أداة لا تقدر بثمن من شأنها أن تساهم في فهم المستوى الجزيئي للواجهات البينية السائلة”.

البروفيسور ميشا بون، الذي يرأس قسم التحليل الطيفي الجزيئي في الجامعة معهد ماكس بلانكيقول: “توجد هذه الأنواع من الواجهات في كل مكان على هذا الكوكب، لذا فإن دراستها لا تساعدنا على فهمنا الأساسي فحسب، بل يمكن أن تؤدي أيضًا إلى أجهزة وتقنيات أفضل. نحن نطبق نفس هذه الأساليب لدراسة الواجهات الصلبة/السائلة، والتي يمكن أن يكون لها تطبيقات محتملة في البطاريات وتخزين الطاقة.

ويضيف أن الفريق يطبق هذه الأساليب لدراسة الواجهات الصلبة/السائلة، والتي يمكن أن يكون لها تطبيقات محتملة في مجالات مثل البطاريات وتخزين الطاقة.

باختصار، يعد هذا البحث نقلة نوعية في نماذج كيمياء الغلاف الجوي ومجموعة من التطبيقات، مما يمثل خطوة كبيرة في فهمنا للعمليات البيئية.

إنها شهادة على السعي الدؤوب للمعرفة والقوة التحويلية للبحث العلمي في إعادة تشكيل فهمنا للعالم الطبيعي.

ونشرت الدراسة كاملة في المجلة كيمياء الطبيعة.

—–

مثل ما قرأت؟ اشترك في النشرة الإخبارية لدينا للحصول على مقالات جذابة ومحتوى حصري وآخر التحديثات.

تفضل بزيارتنا على EarthSnap، وهو تطبيق مجاني يقدمه لك Eric Ralls وEarth.com.

—–