كيف تمكن العلماء من تكوين أنقى قطرة ماء على الأرض ؟

أعلن باحثون بجامعة فيينا للتكنولوجيا، أنهم تمكنوا من تكوين أنقى قطرة ماء في العالم، قد يساعدنا هذا الماء فائق النقاء في تفسير كيف تصبح الأسطح ذاتية التنظيف، كالأسطح المغلفة بثاني أكسيد التيتانيوم TiO2، مغطاة بطبقة غامضة من الجزيئات عند ملامستها الهواء والماء.

تقول أولريك دايبولد، وهي كيميائية بجامعة فيينا للتكنولوجيا وواحدة من المشاركين في الدراسة، في مقال بعنوان “7 ظواهر فيزيائية غريبة تحدث في حياتنا اليومية”: “لدينا 4 مختبرات (حول العالم) تدرس هذه الظاهرة، ولدينا 4 تفسيرات مختلفة لها”.

وتقول ديبولد لموقع Live Science، إنه عند تعرُّض سطح مغلَّف بثاني أكسيد التيتانيوم للأشعة فوق البنفسجية، فإنه يتفاعل بطريقة “يلتهم فيها” أي مُركبات عضوية تقع عليه، بحسب موقع “عربي بوست”، وهذا يجعل لهذه الأسطح بعض الخصائص المفيدة؛ منها على سبيل المثال، قيام مرآة مغطاة بثاني أكسيد التيتانيوم بصدّ بخار الماء حتى في حمام مشبَّع بالبخار.

لكن، ضعها في غرفة مظلمة فترة طويلة، وستتشكل الأوساخ الغامضة عليها، على حد تعبير ديبولد.

تتضمن معظم التفسيرات المقترحة لهذه الظاهرة نوعاً من التفاعل الكيميائي مع بخار الماء المحيط. لكن عندما اختبرت ديبولد وزملاؤها القطرة فائقة النقاء على السطح المغلف بثاني أكسيد التيتانيوم، وجدوا أن الماء وحده لا يسبب ظهور الفيلم الجزيئي (طبقة من الجزيئات بسُمك جزيء واحد فقط).

ومع ذلك، مثّل تكوين قطرة الماء تلك تحدياً كبيراً. فكما ذكر موقع Live Science سابقاً، تتلوث المياه بالشوائب الضئيلة بسهولة شديدة، ولا وجود لمياه تامة النقاء.

بداخل الأداة، توجد فجوة مفرغة تماماً من الهواء ويتدلى من سقفها «إصبع أو نُتُوء» تبلغ حرارتها -220 فهرنهايت (أي 140 درجة مئوية تحت الصفر). أطلق الباحثون عينة رقيقة نقية من بخار الماء من فجوة مجاورة إلى الفجوة المفرغة، بحيث تكثَّف بخار الماء مُشكِّلاً رقاقة ثلج على النتوء. ثم ترك الباحثون رقاقة الثلج لتسخن وتذوب على سطح من ثاني أكسيد التيتانيوم أسفلها قبل أن يتم تبخيرها بسرعة في فجوة أخرى ذات ضغط منخفض جداً. بعد ذلك، لم يُظهر سطح ثاني أكسيد التيتانيوم أي علامة على تكوُّن فيلم جزيئي فوقه، وهو ما كان يعتقد بعض العلماء أنه يتكون من الماء. وهو ما نشره الباحثون في المجلة الخميس 23 أغسطس/آب 2018.

أظهرت فحوصات لاحقة على ثاني أكسيد التيتانيوم، باستخدام المجهر والمطياف، أن الفيلم الجزيئي لم يتكون من الماء أو المُركبات المرتبطة بالماء على الإطلاق؛ وبدلاً من ذلك، ظهر كل من حمض الخليك (الذي يعطي الخلَّ طعمَه الحامض) وحمض الفورميك (وهو مُركب مشابه لحمض الخليك) على السطح. ويمثل كلاهما نواتج ثانوية للنمو النباتي، ولا توجد إلا بكميات ضئيلة في الهواء؛ ولكن يبدو أنها توجد عائمة في الهواء بالقدر الذي يسمح بتلويث الأسطح ذاتية التنظيف.