شواهد برای چندین دهه نظریه برای توضیح رفتارهای عجیب و غریب از آب

آب خیلی عادی و بسیار ضروری برای زندگی و عمل در راه است که کاملا گیج کننده به دانشمندان. برای مثال چرا یخ کمتر متراکم از آب شناور به جای غرق شدن راه دیگر مایعات انجام دهد زمانی که آنها یخ ؟

در حال حاضر یک مطالعه جدید را فراهم می کند شواهد قوی برای یک نظریه بحث برانگیز است که در بسیار سرد درجه حرارت آب می تواند وجود داشته باشد در دو متمایز مایع اشکال بودن کمتر متراکم تر و ساخت یافته تر از دیگر.

محققان در دانشگاه پرینستون و ساپلنزا دانشگاه رم انجام شبیه سازی های کامپیوتری از مولکول های آب به کشف نقطه بحرانی که در آن یک فاز مایع تبدیل به دیگر. مطالعه منتشر شده در این هفته در مجله علوم.

“حضور نقطه بحرانی را فراهم می کند یک توضیح بسیار ساده برای آب عجایب” گفت: Princeton را در دین پژوهش پابلو Debenedetti کلاس از سال 1950 استاد در مهندسی و علوم کاربردی و استاد مهندسی شیمی و. “پیدا کردن نقطه بحرانی معادل است برای پیدا کردن یک کار خوب و توضیح ساده برای بسیاری از چیزهایی است که آب عجیب و غریب به خصوص در دماهای پایین است.”

آب عجایب شامل است که به عنوان آب سرد آن را گسترش می دهد به جای پیمانکاری به همین دلیل است که آب یخ زده است که کمتر متراکم از آب مایع است. آب نیز بیشتر می شود squeezable — و یا تراکم-در دماهای پایین تر. وجود دارد همچنین حداقل 17 راه است که در آن مولکول های آن را می توانید به ترتیب هنگامی که یخ زده.

یک نقطه بحرانی است یک ارزش منحصر به فرد از دما و فشار است که در آن دو فاز از ماده غیر قابل تشخیص تبدیل و آن را اتفاق می افتد درست قبل از به ماده تبدیل از یک فاز به دیگر.

آب oddities به راحتی توضیح داد: با حضور انتقادی نقطه Debenedetti گفت. حضور یک نقطه بحرانی است که احساس می شود بر روی خواص این ماده بسیار دور از نقطه بحرانی خود را. در نقطه بحرانی به تراکم پذیری و دیگر ترمودینامیکی اقدامات چگونه رفتار مولکول مانند ظرفیت گرمایی بی نهایت است.

با استفاده از دو روش محاسباتی و دو مدل های کامپیوتری بسیار واقع گرایانه از آب در تیم شناسایی مایع-مایع در نقطه بحرانی به عنوان دروغ گفتن در یک محدوده حدود 190 تا 170 درجه کلوین (حدود -117 درجه به -153 درجه فارنهایت) در حدود 2000 برابر فشار اتمسفر در سطح دریا.

تشخیص نقطه بحرانی است رضایت بخش گام برای محققان درگیر در چندین دهه تلاش برای تعیین این زمینه توضیح فیزیکی برای آب خواص غیر معمول. چند دهه پیش فیزیکدانان استدلال که آب خنک کننده در دماهای پایین تر از نقطه انجماد در حالی که حفظ آن به عنوان یک مایع — یک “فوق” دولت رخ می دهد که در ارتفاع بالا ابرها — خواهد معرض آب دو منحصر به فرد مایع اشکال در به اندازه کافی فشار بالا.

برای آزمون این نظریه محققان تبدیل شده برای کامپیوتر شبیه سازی می کند. آزمایش با زندگی واقعی مولکول های آب را که تا کنون ارائه شده بدون ابهام مدارک و شواهد از یک نقطه بحرانی در بخش با توجه به تمایل برای فوق آب به سرعت در حال یخ به یخ.

فرانچسکو Sciortino یک استاد فیزیک در ساپلنزا دانشگاه رم انجام شده یکی از اولین مدل سازی مطالعات در حالی که یک پژوهشگر فوق دکترا در سال 1992. این مطالعه در مجله Nature منتشر شده برای اولین بار بود نشان از وجود یک نقطه بحرانی بین دو مایع تشکیل می شود.

این یافته جدید بسیار رضایت بخش برای Sciortino که همچنین یک همکاری نویسنده این مطالعه جدید در علم است. این مطالعه جدید مورد استفاده قرار امروز را بسیار سریع تر و قدرتمند تر تحقیقات رایانه و جدیدتر و دقیق تر از مدل های آب است. حتی با امروز قدرتمند تحقیقات رایانه شبیه سازی در زمان حدود 1.5 سال از زمان محاسبه.

“شما می توانید تصور کنید که این شادی زمانی که ما شروع به دیدن بحرانی نوسانات دقیقا رفتار راه آنها قرار بود به” Sciortino گفت. “در حال حاضر من می تواند خواب خوبی چون بعد از 25 سال من ایده اصلی تایید شده است.”

در مورد این دو مایع اشکال از آب دو مرحله همزیستی در مضطرب تعادل در دمای زیر انجماد و به اندازه کافی در فشارهای بالا. به عنوان متوسط نرخهای دو مایع فازهای درگیر در تقلا از جنگ تا یکی برنده و کل مایع می شود با چگالی کم.

در شبیه سازی های انجام شده توسط پژوهشگر فوق دکترا Gül Zerze در پرینستون و Sciortino در رم به عنوان آنها پایین آورده دمای زیر انجماد به فوق محدوده چگالی آب نوسان شدید فقط به عنوان پیش بینی کرد.

برخی از رفتارهای عجیب و غریب از آب هستند به احتمال زیاد به پشت, آب حیات, خواص Zerze گفت. “مایع زندگی آب است اما ما هنوز دقیقا نمی دانند که چرا آب است و نه قابل تعویض توسط یکی دیگر از مایع است. ما فکر می کنیم به این دلیل است که با رفتار غیر طبیعی از آب است. مایعات دیگر را نشان نمی دهد کسانی که رفتارهای بنابراین این باید مربوط به آب به عنوان مایع زندگی است.”

دو فاز آب رخ می دهد چرا که مولکول آب شکل می تواند منجر به دو روش بسته بندی با هم. در پایین چگالی مایع چهار مولکول های خوشه ای در اطراف یک مرکزی پنجم مولکول ها در یک شکل هندسی به نام یک چهار ضلعی. در تراکم بالاتر مایع یک ششم مولکول فشار در آن است که اثر افزایش چگالی موضعی.

تیم شناسایی نقطه بحرانی در دو مدل های کامپیوتری از آب است. برای هر مدل محققان قرار مولکول های آب به دو روش های محاسباتی به دنبال نقطه حیاتی است. هر دو روش به همراه داشت پیدا کردن یک نقطه حیاتی است.

پیتر پول یک استاد فیزیک در سنت فرانسیس خاویر دانشگاه در کانادا و یک دانشجوی کارشناسی ارشد که او با همکاری Sciortino و مستروف 1992 کاغذ در طبیعت گفت: نتیجه رضایت بخش است. “این بسیار آرامش به این نتیجه جدید,” او گفت:. “آن بوده است و گاهی اوقات تنها صبر از سال 1992 برای دیدن دیگر بدون ابهام در مورد مایع-مایع انتقال فاز در آب واقع گرایانه ،

C. آستن Angell رجنت استاد در دانشگاه ایالتی آریزونا یکی از پیشگامان آزمایش در 1970s در طبیعت فوق آب. “هیچ شکی نیست که این یک تلاش قهرمانانه در شبیه سازی فیزیک آب با یک بازی بسیار جالب و خوش آمدید, نتیجه” گفت: Angell بود که نه درگیر در مطالعه حاضر در یک ایمیل. “به عنوان یک experimentalist با دسترسی به تعادل (در دراز مدت) فیزیکی اندازه گیری در آب واقعی, من همیشه احساس کرده بود ‘امن’ از پیشدستی توسط کامپیوتر شبیه سازی شده است. اما اطلاعات ارائه شده در مقاله جدید نشان می دهد که این دیگر درست است.”

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.de

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>