خواص شگفت انگیز آب
ساعت ۱۱:٥٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٠/۳/٢٥ : توسط : عبدالرضا حق پناه
خواص شگفت انگیز آب
دانشمندان در تازه‌ترین تحقیقات در خصوص ویژگی های آب به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول های آب دارای خواصی بیش از آنچه که در تراز ترکیب های متعارف شیمیایی آشکار می‌شود ، هستند.

 


برپایه این تحقیقات، جنبه‌های کوانتومی آب در کنار دیگر ویژگیهای آن، موجب شده تا این ماده ظهور حیات را امکان پذیر کند.

بسیاری از جنبه‌های عجیب و غیرمتعارف آب در گذشته برای محققان شناخته شده بود. برای مثال، این نکته که آب در حالت منجمد برخلاف بسیاری دیگر از مواد شیمیایی به عوض آنکه از چگالی بیشتری برخوردار شود، وزن مخصوص کمتری پیدا می‌کند.

همین نکته از جمله علل مهمی است که سبب می‌شود در سرما و یخبندانهای شدید، آبهای عمیق‌تر به صورت سیال باقی بمانند و به موجوداتی که در آن هستند اجازه دهند به زندگی ادامه دهند.

به همین ترتیب اینرسی زیاد آب برای گرم شدن، این امکان را بوجود آورده که اقیانوسها به مکانهایی تبدیل شوند که در برابر تغییرات ناگهانی آب و هوا مقاومت می‌کنند و به جاندارانی که در آنها هستند فرصت کافی می‌دهند تا خود را با محیط منطبق سازند.

اما فرمول ساده شیمیایی آب که از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن درست شده نمی‌تواند این خواص شگفت انگیز را توضیح دهد.

دانشمندان اخیرا دریافته‌اند آنچه که خاصیت انعطاف شگفت‌انگیز به مولکول آب می‌دهد، حالتهای گوناگون پیوند میان دو اتم هیدروژن آن با اتمهای هیدروژن مواد دیگر در تراز کوانتومی است.

این خاصیت امکان می‌دهد این اتمها در همان حال که براحتی با اتمهای مولکولهای دیگر ترکیب می‌شوند و بنابراین مولکول اب را به این مولکولها متصل می‌سازند، از این مولکولها جدا شوند.

به این ترتیب در درون مولکولهای آب غوغایی از نظم و بی‌نظمی برپاست و دائما ساختارهای تازه‌ای در آنها شکل می‌گیرد و همین امر موجب می‌شود که آب حدود یک دوجین خواص غیر متعارف به خود گیرد.

هرچند همه پیوندهای شیمیایی که میان اتمها و مولکولهای مواد مختلف برقرار می‌شود در نهایت متکی به خواص کوانتومی است، اما در مورد پیوند اتمهای هیدروژن در آب خاصیت کوانتومی مورد بحث به نوبه خود در زمره عجیب ترین پدیده‌های کوانتومی است. به این خاصیت "نوسان حول نقطه صفر" ‪ zero-point vibration‬نام داده‌اند.

یکی از نتایج اصل عدم قطعیت هایزنبرگ آنست که حتی اگر کل کیهان به دمای صفر مطلق برسد که در آن همه اتمها و مولکولها از حرکت باز می‌ایستند، بازهم نوسانات کوانتومی موجب می‌شود که از میان فضای تهی ناگهان انرژی تولید شود.

این نوسانات نقطه صفر در مورد آب سبب می‌شوند تا پیوند میان اتمهای هیدروژن آب و اتمهای اکسیژن ان از انعطاف زیادی برخوردار شود و در نتیجه این اتمها براحتی بتوانند به اتمها و مولکولهای مواد دیگر متصل شوند و همین امر موجب تداوم بقا در زمین می‌شود.

"فلیکس فرانک" از دانشگاه کیمبریج نشان داده زمانی که برخی از مولکولهای آب هیدروژن خود را با نوع سنگین‌تر موسوم به دوتریوم عوض می‌کنند، سیالی تولید می‌شود که از هر حیث نظیر آب است اما برخلاف آب سمی است و تنها برخی ارگانیزمهای بسیار ریز در آن زنده می‌مانند.

محققان دیگر سرگرم تحقیق این نکته هستند که محصول اثر نوسانات نقطه صفر در مورد واکنش آب با مولکولهای آلی مانند دی.ان.آ و پروتئین و سلولها است.

نکته حیرت‌انگیزی که در این بررسیها روشن شده آن است که هیچ یک از این مولکولهای متنوع و پرقدرت نمی‌توانند در غیاب آب توانائیهای خود را آشکار کنند. در غیاب آب هرچه هست شیمی است. یک قطره اب موجب ظهور بیولوژی می‌شود.

برخی از جالب‌ترین شواهد در این زمینه در مورد نحوه عمل پروتئینها بدست آمده که انواع و اقسام کارها را در بدن انجام می‌دهند - از مبارزه با میکربها گرفته تا ساختن سلولها و تا تسهیل فعالییت بخشهای دیگر.

نحوه عمل صحیح پروتئینها تا حد زیادی به شکل فیزیکی صحیح آنها بستگی دارد و دانشمندان دریافته‌اند که مولکولهای آب در این زمینه نقش اساسی بازی می‌کنند.

در ژانویه امسال، دو محقق آلمانی نقش مولکول آب در مورد پروتئینی موسوم به "باکتریورودوسپین" ‪ "Baceriorhodospin‬را کشف کردند که در دیواره سلول بیرونی بدن ارگانیزمهای ابتدایی جای دارد.

این پروتئین نوعی فرایند ساده فتو سنتز را انجام می‌دهد و نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند.

در گذشته محققان تصور می‌کردند که این پروتئین با استفاده از فوتونهای نور پروتونها را در داخل سلول به حرکت در می‌اورد. یعنی نظیر یک باتری عمل می کند.

یک منبع واضح برای پروتونها نیز اتمهای هیدروژن آب است که پروتئین آنها را به خود جذب می‌کند. اما هیچ کس نمی‌دانست که درون پروتئین مولکول اب چگونه زمینه عمل باتری شیمیایی را آماده می‌کند.

دو محقق آلمانی با با تاباندن نور مادون قرمز به پروتئین مشاهده کردند به محض تابش فوتونهای نور شکل پروتئین تغییر می‌کند و این امر موجب جدا شدن پروتونهای اتم هیدروژن می‌شود و منشا همه این فعالییتها نیز همان خاصیت کوانتومی نوسان نقطه صفر است.

محققان همچنین دریافته‌اند که اتمهای هیدروژن آب در مورد مولکول دی.ان.

آ که سنگ زیربنای حیات است نیز فعالیتهای شگفت‌انگیزی انجام می‌دهند.

در تحقیقات اخیر روشن شده که مولکولهای آب در نزدیک زوج پایه‌های مولکول دی.ان.آ با کندی بیشتری حرکت می‌کنند و حول برخی از زوج پایه‌ها بیشتر از بقیه به چرخش درمی‌ایند.

مدلهای شبیه‌سازی شده کامپیوتری نشان می‌دهد مولکولهای آب با استفاده از نیروی الکتروستاتیک خود به پروتئینها درباره میزان رطوبت مولکول دی.ان آ. اطلاع‌رسانی می‌کنند و پیشاپیش به انها نقایص احتمالی مولکول دی.ان.آ را خبر می‌دهند.

به این ترتیب پروتئینها با دریافت این پیامها به سراغ بخشهایی از مولکول دی.ان.آ می‌روند که فاقد نقص هستند.

اما "راستوم روی" ‪ Rustum Roy‬دانشمند متخصص خواص مواد در دانشگاه پنسیلوانیا از این هم فراتر رفته و به دانشمندان توصیه می‌کند که در دیدگاه خود در خصوص خواص آب تجدید نظر اساسی به عمل آورند.

به اعتقاد این محقق دانشمندان در گذشته بیش از حد از دیدگاه علم شیمی به اب نگریسته‌اند در حالیکه ساده‌انگارانه است اگر تصور شود ترکیبات شیمیایی هستند که همه چیز را تعیین می‌کنند.

این دانشمند معتقد است آنچه که در دو دهه گذشته در مورد آب ادعا شد اما هیچگاه به طور علمی محقق نگردید، یعنی این امر که مولکولهای آب دارای " حافظه " هستند و اطلاعات را در خود نگاه داشته و آنها را "به خاطر می‌سپارند " کاملا امکان‌پذیر است به شرط آنکه از دیدگاهی غیر از منظر شیمی به خواص آب نظر شود.

به گفته این محقق، خاصیت دارا بودن حافظه که به آن "اپی تکسی" ‪ epitaxy‬نام داده‌اند در بسیاری از مواد وجود دارد.

ماده‌ای که این خاصیت را دارد می‌تواند از ساختار اتمی یک ماده به عنوان مدل برای ایجاد همین ساختار در مواد دیگر استفاده کند.

به اعتقاد روی، آب دارای چنین خاصیتی است. از جمله مواردی که می‌توان این اثر را در آب مشاهده کرد، رشد ساختارهای بلوری یخ روی یک سطح از جنس ید نقره است. بلورهای یخ شکل ساختار ید نقره را که روی آن سوارند به خود می گیرند اما در این فرایند هیچ نوع فعل و انفعال شیمیایی انجام نمی‌شود.

روی بر این باور است که فرایند تکان دادن و مخلوط کردن آب با مواد دیگر نیز از همین نوع خاصیت حافطه داشتن آب است.

به اعتقاد این محقق با انجام پژوهشهای بیشتر شاید حتی بتوان برای روش "هومیو پاتی" نیز برخی زمینه‌های علمی بدست اورد.

هرچند بسیاری از محققان با اثرات مورد ادعای هومیو پاتی موافق نیستند اما آنچه که مسلم است این است که توجه به رازهای شگفت آب، به نحو روز افزونی به حوزه علاقه شمار هر چه بیشتری از پژوهشگران تبدیل می‌شود.