Αρχική > Σύγχρονη Φυσική > Αψηφώντας τους νόμους της Φυσικής

Αψηφώντας τους νόμους της Φυσικής

04/12/2010
ILL facade
Το  Ινστιτούτο Laue-Langevin
Επιστήμονες του Ινστιτούτου Laue-Langevin (ILL) και του Πανεπιστημίου Joseph Fourier στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας, ανακάλυψαν έναν κρύσταλλο που φαίνεται να αψηφά τους νόμους της θερμοδυναμικής.

Μια από τις πρώτες μας επαφές με τη Φυσική, είναι οι μυστηριώδεις μεταμορφώσεις του νερού: από στερεό στην κατάψυξη, σε υγρό σε θερμοκρασία δωματίου, και τελικά αέριο πάνω στο μάτι της κουζίνας. Αργότερα μαθαίνουμε ότι, αν και οι διάφορες ουσίες μπορεί να έχουν τελείως διαφορετικές θερμοκρασίες τήξης και βρασμού, όλες μπορούν να μεταβούν από τη μία φάση στην άλλη – και το κλειδί είναι η θερμοκρασία. Όμως, τι συμβαίνει με κάτι που λιώνει όταν ψύχεται και στερεοποιείται όταν θερμαίνεται;

Η Marie Plazanet, Βοηθός Ερευνήτρια στο ILL, και οι συνεργάτες της βρήκαν ένα υδατικό διάλυμα που σχηματίζει ένα γαλακτώδες στερεό αν θερμανθεί στους 60 oC περίπου, και ξαναγίνεται ένα ομογενές, διάφανο υγρό αν ψυχθεί. Το διάλυμα είναι ένα μείγμα νερού, ενός σακχάρου που ονομάζεται α-κυκλοδεξτρίνη, και μεθυλοπυριδίνης, ενός συστατικού των πλαστικών.

Για να καταλάβετε πόσο περίεργο είναι αυτό, λέει η Giovanna Cicognani, Επιστημονική Υπεύθυνος στο ILL, φανταστείτε ένα ποτήρι Coca-Cola® με παγάκια. “Όλοι ξέρουν τι θα γίνει τελικά – ο πάγος θα λιώσει και η Coca-Cola θα κρυώσει λίγο. Σε αυτήν την περίπτωση, όμως, όταν θερμάνετε το ποτήρι στους 60°C, όλο το περιεχόμενο θα στερεοποιηθεί”.

Οι επιστήμονες μελέτησαν την ουσία χρησιμοποιώντας νετρόνια που παρήχθησαν από έναν ερευνητικό πυρηνικό αντιδραστήρα του ILL. Μια αλυσιδωτή αντίδραση παράγει νετρόνια τα οποία συλλέγονται σε μια ελεγχόμενη, καλά εστιασμένη δέσμη, που οδηγείται πάνω σε κρυστάλλους ή άλλα υλικά υπό μελέτη. Τα νετρόνια της δέσμης συγκρούονται με τα νετρόνια του δείγματος, σχηματίζοντας μια εικόνα περίθλασης που μπορεί τελικά να μετατραπεί σε μια εικόνα υψηλής ανάλυσης. Αυτό μας δίνει έναν χάρτη του δείγματος άτομο προς άτομο.

“Χρησιμοποιήσαμε νετρόνια για να εξετάσουμε τις εσωτερικές ιδιότητες του μείγματός μας, δείχνοντας ότι στη στερεά φάση σχηματίζεται μια άκαμπτη και οργανωμένη δομή, ακόμα και αν ένα άλλο μέρος του μείγματος παραμένει υγρό”, εξηγεί ο Ralph Schweins, επιστήμονας του ILL και μέλος της ομάδας του πειράματος.

Equipment
Απαιτούμενος εξοπλισμός: ένα όργανο ανελαστικής σκέδασης νετρονίων

Οι επιστήμονες της Γκρενόμπλ πιστεύουν ότι αυτή η μεταβολή φάσης μπορεί να εξηγηθεί με το σχηματισμό και το σπάσιμο δεσμών υδρογόνου. Πάνω από τους 60°C, σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου είτε μεταξύ της κυκλοδεξτρίνης και της μεθυλοπυριδίνης, είτε μεταξύ της κυκλοδεξτρίνης και των μορίων νερού, διατηρώντας τη σταθερότητα του στερεού. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου σπάζουν και σχηματίζονται νέοι δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα στα μόρια της κυκλοδεξτρίνης, πράγμα που κάνει το στερεό να ξαναγίνεται υγρό. Η μελέτη των μοριακών κινήσεων στο διάλυμα με υπολογιστικά μοντέλα έχει επιβεβαιώσει αυτά τα αποτελέσματα.

Επομένως η ουσία αυτή δεν αψηφά στην πραγματικότητα τους νόμους της Φυσικής. Όμως δείχνει μερικές ενδιαφέρουσες πλευρές των δεσμών υδρογόνου, οι οποίοι παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή μας – και όχι μόνο όταν κάνει κρύο και ευχόμαστε να χιονίσει!

Η συνταγή

Για να φτιάξετε το μυστηριώδες μείγμα που ανακάλυψαν οι επιστήμονες στη Γκρενόμπλ, ανακατέψτε 200 mg α-κυκλοδεξτρίνης (H6OC36O30) με 1 ml 4-μεθυλοπυριδίνης (H7C6N) και μια πολύ μικρή ποσότητα νερού. Το μείγμα θα πρέπει να είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Όταν θερμανθεί, θα πρέπει να στερεοποιηθεί.

Ούτε το μείγμα, ούτε τα συστατικά του δεν είναι επικίνδυνα, μόνο που η 4-μεθυλοπυριδίνη μυρίζει άσχημα.Kαλή επιτυχία!!!!!

Advertisements
Κατηγορίες:Σύγχρονη Φυσική
Αρέσει σε %d bloggers: