عازل مثالي.. هكذا استطاع العلماء تحويل الماء إلى معدن
تاريخ النشر: 11th, January 2025 GMT
كشف عدد من الباحثين، بحسب تقرير لمجلة "Nature" أن: "الماء الموجود في الطبيعة يوصل الكهرباء، ولكن ذلك بسبب الشوائب الموجودة فيه، والتي تذوب في أيونات حرة تسمح بتدفق التيار الكهربائي مما يجعل الماء النقي "معدنيًا" -موصلًا إلكترونيًا- فقط عند ضغوط عالية للغاية، بما يتجاوز قدرات البشر الحالية على الإنتاج في المختبر".
وأبرز الباحثين، أن: "الماء النقي يعتبر عازل مثالي تقريبًا"، كما أثبتوا لأول مرة في عام 2021، فإن الضغوط العالية ليست فقط هي التي يمكنها تحفيز هذا المعدن في الماء النقي.
وأكدوا أنه: "من خلال ملامسة الماء النقي مع معدن قلوي يتشارك الإلكترون -في هذه الحالة سبيكة من الصوديوم والبوتاسيوم- يمكن إضافة جزيئات مشحونة حرة الحركة، مما يحول الماء إلى معدن"، مردفين: "تستمر الموصلية الناتجة لبضع ثوان فقط، لكنها خطوة مهمة نحو القدرة على فهم هذه المرحلة من الماء من خلال دراستها مباشرة".
إلى ذلك، أوضح الفيزيائي، روبرت سايدل من Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie في ألمانيا، في عام 2021 أنه: "عندما تم نشر البحث لأول مرة: يمكنك رؤية مرحلة التحول إلى المياه المعدنية بالعين المجردة!".
وأضاف أنّ: "قطرة الصوديوم والبوتاسيوم الفضية تغطي نفسها بتوهج ذهبي، وهو أمر مثير للإعجاب للغاية".
ووفق تقرير مجلة Nature، فإنه: "تحت ضغوط عالية بما فيه الكفاية، يمكن لأي مادة تقريبًا أن تصبح موصلة للكهرباء نظريًا. الفكرة هي أنه إذا قمت بضغط الذرات معًا بإحكام كافٍ، فإن مدارات الإلكترونات الخارجية ستبدأ في التداخل، مما يسمح لها بالتحرك".
"بالنسبة للمياه، يبلغ هذا الضغط حوالي 48 ميجا بار، أي أقل بقليل من 48 مليون مرة من الضغط الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر" بحسب التقرير نفسه.
وأكد: "في حين أن الضغوط التي تتجاوز هذا قد تم توليدها في بيئة مختبرية، فإن مثل هذه التجارب لن تكون مناسبة لدراسة المياه المعدنية. لذلك تحول فريق من الباحثين بقيادة عالم الكيمياء العضوية بافيل جونجويرث من الأكاديمية التشيكية للعلوم في التشيك إلى المعادن القلوية".
وتابع: "تطلق هذه المواد إلكتروناتها الخارجية بسهولة شديدة، مما يعني أنها يمكن أن تحفز خصائص مشاركة الإلكترونات في الماء النقي عالي الضغط دون الحاجة إلى ضغوط عالية"، مردفا: "لكن هناك مشكلة واحدة فقط: المعادن القلوية تتفاعل بشكل كبير مع الماء السائل، وأحيانًا تصل إلى حد الانفجار (يمكنك مشاهدة الفيديو أدناه)".
كذلك، وجد فريق البحث طريقة وصفوها بـ"الرائعة جدًا" لحل هذه المشكلة. ماذا لو تمت إضافة الماء إلى المعدن بدلاً من إضافة المعدن إلى الماء؟، موضحين: "في غرفة مفرغة من الهواء، بدأ الفريق بإخراج نقطة صغيرة من سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم من فوهة، وهي سائلة في درجة حرارة الغرفة، ثم أضافوا بعناية شديدة طبقة رقيقة من الماء النقي باستخدام ترسيب البخار".
واسترسل التقرير: "عند التلامس، تدفقت الإلكترونات والكاتيونات المعدنية (أيونات موجبة الشحنة) إلى الماء من السبيكة. لم يمنح هذا الماء لمعانًا ذهبيًا فحسب، بل جعل الماء موصلًا -تمامًا كما ينبغي أن نرى في الماء المعدني النقي عند الضغط العالي".
وأوضح: "تم تأكيد ذلك باستخدام التحليل الطيفي للانعكاس البصري والتحليل الطيفي للأشعة السينية السنكروترونية"، متابعا: "الخاصيتان -اللمعان الذهبي والشريط الموصل- تشغلان نطاقين تردديين مختلفين، ما سمح بتحديدهما بوضوح".
"بالإضافة إلى منحنا فهمًا أفضل لهذا التحول المرحلي هنا على الأرض، يمكن أن يسمح البحث أيضًا بإجراء دراسة وثيقة لظروف الضغط العالي الشديد داخل الكواكب الكبيرة" وفقا للتقرير نفسه.
وختم التقرير بالقول: "في الكواكب الجليدية في النظام الشمسي، نبتون وأورانوس، على سبيل المثال، يُعتقد أن الهيدروجين المعدني السائل يدور في دوامة. وكوكب المشتري هو الوحيد الذي يعتقد أن الضغوط فيه مرتفعة بما يكفي لتمعدن الماء النقي. إن احتمال القدرة على تكرار الظروف داخل الكوكب العملاق في نظامنا الشمسي هو أمر مثير بالفعل".
وقال سايدل: "إن دراستنا لا تظهر فقط أنه يمكن بالفعل إنتاج المياه المعدنية على الأرض، ولكنها تميز أيضًا الخصائص الطيفية المرتبطة ببريقها المعدني الذهبي الجميل".
المصدر: عربي21
كلمات دلالية: سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي سياسة اقتصاد رياضة مقالات صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة تفاعلي تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا الماء المعدن العلماء الماء معدن المزيد في تكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا علوم وتكنولوجيا سياسة سياسة تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا تكنولوجيا سياسة اقتصاد رياضة صحافة أفكار عالم الفن تكنولوجيا صحة
إقرأ أيضاً:
اكتشاف انفجار قوي من جسم مجهول يحير العلماء
الولايات المتحدة – رصد العلماء انفجارا قويا صادرا عن جسم غامض في الفضاء، لا يعرف مصدره أو طبيعته حتى الآن.
ويعتقد العلماء أن هذا الانفجار الذي أطلق عليه اسم XRT 200515، قد يكون ناتجا عن ظاهرة كونية غير مسبوقة أو شيء لم يُر من قبل.
وفي مايو 2020، كان تلسكوب فضائي تابع لوكالة ناسا يراقب بقايا نجم منفجر في مجرة قريبة، عندما التقط وميضا سريعا وقويا من الأشعة السينية. ومنذ ذلك الحين، يحاول العلماء فهم مصدر هذا الوميض، الذي اختفى في غضون ثوان وظل غير ملحوظ لسنوات.
وتم اكتشاف هذا الوميض من خلال تحليل أكثر من 20 عاما من البيانات الأرشيفية التي جمعها مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا.
وقال الباحث الرئيسي في الدراسة، ستيفن ديلمان، طالب الدكتوراه في جامعة ستانفورد: “تخيل أنك تتصفح ألبوم صور وتعثر على شيء مدهش كان مخفيا في الخلفية طوال هذا الوقت. هذا بالضبط ما حدث، لكن على نطاق كوني”. وأضاف: “باستخدام تقنيات التعلم الآلي، قمنا بتحليل الأرشيف الضخم لمرصد شاندرا، ووجدنا هذا الوميض القوي الصادر عن جسم مجهول خارج مجرتنا. كان الأمر أشبه بالعثور على إبرة في كومة قش”.
ولم يتمكن العلماء من تحديد مصدر هذا الانفجار حتى الآن، سواء من خلال مرصد شاندرا أو أي تلسكوب آخر. وهذا يجعل من الصعب معرفة طبيعة الجسم الذي تسبب في هذا الوميض.
ومن بين الفرضيات المطروحة أن الانفجار قد يكون ناتجا عن “متفجر الأشعة السينية” (X-ray burster)، وهي ظاهرة تحدث عندما يدخل نجم نيوتروني في مدار حول نجم عادي ويسحب غازاته، ما يتسبب في انفجار يصاحبه انبعاث قوي للأشعة السينية. ومع ذلك، لم يتم رصد مثل هذه الظاهرة من قبل في سحابة ماجلان الكبرى، وهي مجرة صغيرة مجاورة لمجرتنا درب التبانة.
وتشير فرضية أخرى إلى أن الجسم الغامض قد يكون نجما فائق المغناطيسية (magnetar)، وهو نجم نيوتروني يتمتع بمجال مغناطيسي قوي للغاية، ويطلق توهجات تعد من بين أكثر الأحداث انفجارا في الكون. لكن العلماء لم يسبق لهم أن رصدوا مستويات طاقة بهذا الارتفاع من مثل هذه الأحداث.
كما لا يستبعد العلماء أن يكون هذا الوميض ناتجا عن ظاهرة كونية جديدة تماما، لم تكتشف من قبل.
وقال ديلمان: “هذا الاكتشاف يذكرنا بأن الفضاء ديناميكي ومليء بالأحداث المثيرة التي تحدث باستمرار. كما يظهر قيمة استخدام الذكاء الاصطناعي في الاكتشافات العلمية من خلال البيانات الأرشيفية – فقد يكون هناك عدد لا يحصى من الاكتشافات الأخرى التي تنتظر من يكتشفها في البيانات التي جمعناها بالفعل”.
نُشرت الدراسة في
رئيس الدولة يلتقي وزير الدفاع الإيطالي ويقوم بجولة في معرض “آيدكس 2025”