الماء العنصر الأساسي للحياة... تكوين كيميائي واحد لكنه سائلان مختلفان

الماء الذي لا يمكن للإنسان أو الحيوان أو النبات أو أي مخلوق آخر الاستغناء عنه، أذهل العلماء والباحثين. فهذه المادة الحيوية للكرة الأرضية برمتها، والتي يتألف جزيء كل منها من ذرتي هيدروجين وذرة أوكسيجين، تنقسم الى نوعين من السوائل، وهذا آخر ما توصل اليه العلماء في أكثر من مركز للبحوث.

اعلان

هؤلاء العلماء درسوا حركة الماء وهيكلية جزئياتها في حالة التعرض للحرارة المنخفضة جداً أي دون الصفر مئوية. وتبين لهم أن الماء الصافي بلا رواسب أو معادن، وشرط الّا يتم تحريكه، يبقى سائلاً ولا يتجمد.

لدى اختبار المياه على درجة ناقص 44 مئوية، أكدوا وجود نوعين مختلفين من الجزئيات. أحدهما كثافته عالية، فيه تتجمع الجزئيات فوق بعضها البعض بشكل غير منتظم. والنوع الثاني تتجمع الجزئيات فيه بشكل مرتب ومنظم. ويشرح اندرز نيلسون أستاذ الفيزياء الكيميائية في جامعة ستوكهولم أن "مع الكثافة المختلفة لكل من النوعين، فإن هذين السائلين لا يمتزجان مع بعضهما تماماً كما الزيت والخل اللذين لا يمتزجان مع بعضهما".

ذرات الهيدروجين عنصر أساسي في تحرك الماء

ويقول العلماء إن القدرة الكبيرة للماء على الانسياب يعود سببها إن جزئيات الماء التي تشكل نقطة الماء، تتألف كل منها من ذرتي هيدروجين وذرة أوكسيجين، تتصل فيما بينها بواسطة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الارتباط لا يستمر طويلاً. فخلال أقل من 1/ألف مليار جزء من الثانية (بيكوثانية) تنفصل ذرات الهيدروجين ثم تعود لتلتحم. وهكذا تبقى جزئيات الماء متصلة ببعضها البعض.

علاقات الهيدروجين هذه تعطي للماء خصائص معقدة. على سبيل المثال، إنها تسيل بسرعة تحت ضغط معين، أي أن جزئيات الماء تتحرك بسهولة وذلك لأن الاتصال فيما بين ذرات الهيدروجين يكون ضعيفاً بسبب الضغط.

أما الشكل الجامد للماء هو أيضاً أخف من شكله كسائل، لأنه في حالة التجمد، الجزئيات تتوزع ضمن شبكة أكثر كثافة. وما يثير الاستغراب حقاً، هو أن الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد وذلك لان الترابط بين ذرات الهيدروجين تكون فيها أقل من غيرها.

كاترين أمان-وينكل الباحثة في الفيزياء الكيميائية في جامعة ستوكهولم تقول إن حلمها تحقق في عملية متابعة التغيير للماء وبشكل دقيق من "حالة الماء الزجاجية الى ماء لزج ومن ثم يتحول بشكل شبه فوري الى سائل مختلف مع كثافة أقل".

ويضيف لارس جي أم بيترسون أستاذ الفيزياء الكيميائية النظرية في الجامعة نفسها "هذه النتائج الحديثة تقول إنه وفق درجة حرارة محيطة، الماء لا يمكن أن يقرر شكله الذي سيظهر به تحت ضغط عال أم ضغط منخفض، ما يؤدي الى تقلبات له بين الاثنين"

ويخلص بيترسون الى أن "الماء ليس سائلاً معقداً وانما هو نوعان من السائلين البسيطين لديهما علاقة معقدة".