← أحدث الأبحاث
🔬 physics

Crystallization of pristine cubic ice from liquid at ambient pressure

تُظهر هذه الدراسة أنه يمكن تشكيل الجليد المكعب النقي (Ic) بشكل قابل للتكرار مباشرة من الحالة السائلة عند الضغط الجوي عن طريق تبريد محلول مائي مكون للهيدرات محصور داخل سيليكا مسامية، مما يكشف أن الحجز النانوي ومعززات الكلاثريت يتيحان مساراً متاحاً بشكل طبيعي لهذا المتعدد الأشكال الذي كان عصياً على التشكيل سابقاً.

المؤلفون الأصليون: Neal Skipper, Chenwei Zheng, Paul Henry, Aasim Shaffi, Sanghamitra Mukhopadhyay, Miroslava Novoveska, Milz Beaumont, Yidan Wang, Camilla Di Mino, Thomas Headen, Marta Falkowska, Christopher A Howard
نُشر 2026-08-24
📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Neal Skipper, Chenwei Zheng, Paul Henry, Aasim Shaffi, Sanghamitra Mukhopadhyay, Miroslava Novoveska, Milz Beaumont, Yidan Wang, Camilla Di Mino, Thomas Headen, Marta Falkowska, Christopher A Howard, Adam Clancy, Christoph Salzmann

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تُعد المياه واحدة من أكثر المواد ألفةً على كوكب الأرض، ومع ذلك فهي تخفي سراً حير العلماء لعقود من الزمن. فعندما يتجمد الماء، فإنه عادة ما يتحول إلى بلورة ذات شكل محدد ومنظم يُعرف بالجليد السداسي. وهذا هو الجليد الذي نراه في رقاقات الثلج، والأنهار الجليدية، وفي مبرداتنا. ومع ذلك، يمكن لجزيئات الماء أيضاً أن ترتب نفسها في شكل مختلف وأندر يُسمى الجليد المكعب. ولفترة طويلة، جادل العلماء حول ما إذا كان هذا الشكل المكعب يمكن أن يظهر طبيعياً من الماء السائل، أم أنه لا يوجد إلا كمزيج عابر وفوضوي من الأشكال التي سرعان ما تتحول إلى النوع السداسي الشائع. وكان هذا السؤال مهماً لأنه إذا كان بإمكان الجليد المكعب النقي أن يتشكل بسهء، فقد يكون أكثر شيوعاً في الغلاف الجوي وفي الفضاء العميق مما كان يعتقده أي شخص، مما قد يغير فهمنا لأنماط الطقس وتكوين المذنبات.

لقد وجد فريق من الباحثين الآن طريقة لجعل هذا الجليد المكعب المراوغ يظهر مباشرة من الماء السائل عند ضغط جوي عادي، دون الحاجة إلى برودة شديدة أو ضغط عالٍ. وقد فعلوا ذلك عن طريق حبس خليط من الماء ومادة عضوية محددة داخل ثقوب صغيرة تشبه الإسفنج في مادة تُسمى السيليكا. تعمل السيليكا كحاوية تحتوي على ملايين الأنفاق المجهرية، عرض كل منها حوالي 3.7 نانومتر. وداخل هذه الأنفاق، وضع الباحثون خليطاً سائلاً من الماء و"تتراهيدروفوران"، وهي مادة كيميائية معروفة بقدرتها على المساعدة في تكوين هياكل تشبه الأقفاص مع جزيئات الماء. وعندما قاموا بتبريد هذا الخليط المحبوس إلى 150 كلفن، تجمد الماء.

كانت النتائج واضحة وقابلة للتكرار. وباستخدام أداة قوية تطلق النيوترونات على العينة لرؤية كيفية ترتيب الذرات، لاحظ الباحثون أن الماء قد تحول إلى جليد مكعب نقي وبكر. لم يكن هذا مزيجاً فوضوياً من الأشكال، بل كان هيكلاً بلورياً واحداً ومنتظماً. وأظهرت التجربة أن هذا التحول حدث بشكل موثوق عندما ملأ السائل ما بين 0.34 و0.60 سنتيمتر مكعب من المساحة لكل جرام من السيليكا. والأهم من ذلك، أثبت الباحثون أن الجليد المكعب تشكل فقط بسبب الجمع بين الأنفاق الصغيرة ووجود "التتراهيدروفوران". فعندما أجروا تجارب ضبط باستخدام الماء النقي أو مادة كيميائية مختلفة لا تشكل أقفاصاً، تجمد الماء في الشكل السداسي الشائع أو في مزيج غير منظم، ولم يتشكل أبداً في الهيئة المكعبة النقية.

كما كشفت الدراسة عما يحدث للأجزاء من الخليط التي لا تتجمد. فبينما تحول الماء الموجود في مركز الأنفاق إلى جليد مكعب، ظلت طبقة رقيقة من السائل بالقرب من جدران الأنفاق دون تجمد، متحولة إلى حالة زجاجية غير متبلورة. وتحتوي هذه الطبقة الزجاجية على جزيئات "التتراهيدروفوران"، التي يبدو أنها تتفاعل مع سطح السيليكا وتمنع تكون الجليد هناك. ويشير هذا الانفصال إلى أن الجزيئات العضوية تلعب دوراً مباشراً في توجيه جزيئات الماء نحو الشكل المكعب. وقد قاس الباحثون درجة الحرارة التي ينصهر عندها هذا الجليد المحصور ووجدوا أنها 230 كلفن، وهو ما يتوافق مع سلوك الجليد في مثل هذه المساحات الصغيرة.

يشير هذا الاكتشاف إلى أن الجليد المكعب ليس مجرد فضول مخبري، بل هو شكل مستقر للماء يمكن أن يوجد في ظروف موجودة في الطبيعة. إن الإعداد المستخدم في التجربة يحاكي البيئات التي قد يكون الماء فيها محبوساً على جزيئات غبار دقيقة في الغلاف الجوي أو في الحبيبات الجليدية للمذنبات. وفي هذه الأماكن، غالباً ما تتعايش الجزيئات العضوية مع غبار المعادن، مما يخلق الظروف ذاتها التي استخدمها الباحثون لنمو الجليد. وتتحدى هذه النتات الفكرة القائلة بأن الجليد في الغلاف الجوي العلوي أو في الفضاء هو في الغالب مزيج غير منظم من الأشكال؛ بل تشير بدلاً من ذلك إلى أن الجليد المكعب النقي قد يكون الشكل الأساسي في هذه البيئات، والذي يتشكل مباشرة من الماء السائل عند وجود المكونات الصحيحة. ومن خلال إظهار أن هذه العملية تعمل عند ضغط عادي ودرجات حرارة مرتفعة نسبياً بالنسبة للجليد، تفتح الدراسة مساراً جديداً لفهم كيفية سلوك الماء في أكثر زوايا كوننا تطرفاً وبعداً.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف 🔬 physics →