چرا آب عجیب ترین مایع جهان است ؟

[SHeRvin]

مفاهیم مهیج
ویژگی که توجه آنها را جلب کرد یک نقطه پیک در طیف جذبی بود که توسط مدل‌های سنتی آب مایع پیش‌بینی نشده بود. در حقیقت، در مقاله‌ای که آنها در سال 2004 منتشر کردند چنین نتیجه گرفتند که در هر لحظه، 85 درصد از پیوندهای هیدروژنی در آب، باید تضعیف و یا شکسته شده باشند. این مقدار خیلی بیشتر از 10 درصدی است که توسط مدل‌های کتب درسی پیش‌بینی شده است.
مفاهیم این یافته بسیار جالب توجه هستند: این به معنی آن است که یک بازنگری کامل در ساختار آب مورد نیاز است. در نتیجه نیلسون و پترسون شروع به انجام آزمایش‌های دیگری با پرتو ایکس برای اثبات ادعای خود کردند. اولین حرکت آنها استقبال از کمک شیک شین از دانشگاه توکیو در ژاپن بود. وی متخصص تکنیکی است که «طیف‌سنجی نشری اشعه ایکس» نام دارد. نکته کلیدی در مورد این طیف‌سنجی این است که در طیف نشری یک ماده، هر چه طول‌موج اشعه ایکس کوتاه‌تر باشد، پیوند هیدروژنی باید ضعیف‌تر باشد.
نتیجه عالی بود: طیف اشعه ایکس نشری، شامل دو نقطه پیک بود که ممکن بود ناشی از دو ساختار جداگانه باشند. اعضای گروه چنین استدلال کردند که پیک مربوط به اشعه‌های ایکس با طول‌موج بلندتر، نشان دهنده سهم مولکول‌هایی است که به صورت چهار سطحی آرایش یافته‌اند، در حالی که پیک طول‌موج کوتاه‌تر، بازتاب دهنده سهم مولکول‌هایی است که ساختار متفاوتی دارند.
جالب اینجا بود که پیک طول‌موج کوتاه‌تر در نشر اشعه ایکس شدیدتر از دیگری بود. این بدان معنی است که مولکول‌های با پیوند ضعیف‌تر در آن نمونه، شایع‌تر بودند؛ و این خود تاییدی بر ادعای پیشین اعضای گروه بود. علاوه بر آن، آنها همچنین دریافتند که هر چه آب گرم‌تر باشد، این پیک به طول‌موجهای کوتاه‌تری منتقل می‌شود؛ در حالی که پیک دیگر، کمابیش ثابت باقی می‌ماند.
این بدان معنی است که پیوند‌های هیدروژنی اتصال دهنده مولکول‌های موجود در این ساختار متفاوت، در اثر گرما بیشتر تضعیف می‌شوند؛ که باز هم با پیشبینیهای گروه مطابقت داشت. آنها سپس داده‌های تجربی قدیمی‌تر را، که به نظر می‌رسید که با شکل سنتی آب مطابقت دارد، دوباره بررسی کردند و اکنون ادعا می‌کنند که این نتایج نیز با مدل جدید مطابقت دارد.
اگر آنها درست بگویند سوال دیگری مطرح می‌شود: تفاوت‌ها در ساختارهای مختلف در مایع تا چه اندازه است؟ برای یافتن پاسخ، آنها از یک اشعه ایکس پرتوان استفاده کردند که در منبع نور تابشی سینکرترون دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا تولید شده بود. این بار، چگونگی پراکندن پرتوهای ورودی از زاویه‌های مختلف به سطح آب، مورد ارزیابی واقع شدند. به گفته آنها، نتایج آشکار می‌کند که آب پوشیده از نواحی کوچکی از مولکول‌هایی است که به صورت چهار سطحی آرایش یافته‌اند، و هر طول هر ناحیه نیز بین 1 تا 2 نانومتر است..
با ترکیب ای یافته‌ها با اندازه‌گیری‌های دیگری که توسط اووه برگمن در دانشگاه استانفورد انجام شده‌بود، آنها نتیجه گرفتند که ساختارهای منظم، که هر یک به طور متوسط شامل50 تا 100 مولکول هستند، توسط دریایی از پیوند‌های مولکولی ضعیف احاطه شده‌اند. ولی این نواحی ثابت نیستند. در کمتر از یک تریلیونیوم ثانیه، مولکول‌های آب بین دو حالت گسست و باز تولید پیوندهای هیدروژنی نوسان می‌کنند.