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:
ناسا تكشف تغير مقلق.. لماذا أصبح كوكب الأرض أكثر قتامة؟
في تطور علمي يثير القلق حول مستقبل المناخ العالمي، أعلنت وكالة الفضاء الأميركية "ناسا" عن نتائج دراسة جديدة تكشف أن الأرض أصبحت أكثر قتامة منذ عام 2001، في تحول دقيق ظاهريا لكنه يحمل آثارا ضخمة على استقرار المناخ.
الفريق البحثي بقيادة العالم نورمان لوب أوضح أن نصف الكرة الشمالي يفقد قدرته على عكس ضوء الشمس بوتيرة أسرع بكثير من النصف الجنوبي، وهو مؤشر على تغيرات عميقة في النظام المناخي قد تقود إلى اضطرابات أشد في الطقس خلال السنوات المقبلة.
تراجع البياض أرقام صغيرة وتأثيرات خطيرةاعتمدت الدراسة على تحليل بيانات الأقمار الصناعية لمدة تجاوزت 23 عامًا، وكشفت أن انعكاسية الأرض تراجعت بمعدل 0.34 واط/م² لكل عقد ورغم أن الرقم يبدو ضئيلاً، إلا أن دلالته العلمية كبيرة المزيد من ضوء الشمس يُحتجز داخل الغلاف الجوي بدلًا من انعكاسه، ما يؤدي إلى ارتفاع تدريجي وثابت في حرارة الكوكب.
يشبه العلماء هذا التغير بـ"رفع درجة حرارة فرن بدرجة واحدة كل فترة قصيرة" لا يُلاحظ التغير فورًا، لكن تأثيره النهائي قد يكون كارثيًا.
من مرآة جليدية إلى إسفنج يمتص الحرارةتؤكد الدراسة أن القطب الشمالي يشهد التدهور الأكبر في انعكاس ضوء الشمس نتيجة ذوبان الجليد والثلوج فبعد أن كانت هذه الطبقات تعمل كمرآة ضخمة تعكس الحرارة، تم استبدالها بأسطح داكنة مثل المحيطات والأراضي المكشوفة، ما يجعلها تمتص كميات هائلة من الطاقة الشمسية.
ويتسبب ذلك في حلقة متصاعدة من التسخين والذوبان:
ذوبان الجليد يقلل الانعكاس.
انخفاض الانعكاس يزيد امتصاص الحرارة.
ارتفاع الحرارة يؤدي إلى مزيد من الذوبان.
هذه "الدوامة الحرارية" كما يصفها العلماء قد تستمر بلا توقف، حتى يصل القطب إلى نقطة يفقد فيها آخر دفاعاته الجليدية.
الهباء الجوي إنجاز صحي لكنه مكلف مناخيًامن الملاحظات الصادمة في الدراسة هو تأثير انخفاض تلوث الهواء في أمريكا الشمالية وأوروبا وشرق آسيا.
فمع تطبيق سياسات صارمة لتحسين جودة الهواء، انخفضت مستويات الجسيمات العالقة المعروفة بـ"الهباء الجوي".
ورغم أن ذلك نجاح صحي كبير، إلا أن له جانبا مناحيا غير محسوب فالهباء الجوي كان يساعد، دون قصد، في تشتيت جزء من ضوء الشمس وإعادته إلى الفضاء ومع تراجع هذه الجسيمات، أصبح الغلاف الجوي أكثر شفافية وقدرة على امتصاص الحرارة.
على النقيض، شهد النصف الجنوبي زيادات مؤقتة في الهباء الجوي بفعل أحداث طبيعية كبرى مثل حرائق أستراليا الضخمة و ثوران بركان هونغا تونغا في 2022 ما رفع انعكاسية هذا النصف لفترة محدودة.
الأرض تفقد توازنها الحرارييشير الانقسام بين نصفي الكرة الأرضية إلى أن حرارة الكوكب لم تعد تتوزع بشكل طبيعي كما في السابق، الأمر الذي قد يمهد لموجات اضطراب مناخي متلاحقة.
من السيناريوهات الأكثر ترجيحا وفق العلماء:
تغيّر مفاجئ في مسارات التيارات المحيطية
مواسم عواصف أكثر شدة
تغيرات جذرية في خطوط الأمطار
زيادة رقعة الجفاف أو الفيضانات في مناطق غير معتادة
اضطرابات واسعة في دوران الغلاف الجوي
ورغم حجم المعلومات التي توصلت الدراسات إليها، يحذر العلماء من أن الصورة الكاملة للتداعيات ما تزال غير واضحة، ما يجعل المستقبل المناخي أكثر غموضًا وإثارة للقلق.
تهديد لاتفاق ترامب للسلام.. تايلاند تشن غارات جوية على كمبوديا