Τι προκαλεί αυτή την κορυφή; Απαντώντας σε μια μακροχρόνια ερώτηση για ομοιοπολικά υγρά
Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Cambridge απάντησε σε μια μακρόχρονη ερώτηση σχετικά με τη συμπεριφορά των ομοιοπολικών υγρών.
Τα ομοιοπολικά υγρά είναι υγρά που αποτελούνται από μόρια που συγκρατούνται από ομοιοπολικούς δεσμούς. Αυτοί οι δεσμοί είναι ισχυρότεροι από τις δυνάμεις van der Waals που συγκρατούν τα μοριακά υγρά και ως εκ τούτου, τα ομοιοπολικά υγρά τείνουν να είναι πιο ιξώδη και έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού.
Μία από τις πιο ασυνήθιστες ιδιότητες των ομοιοπολικών υγρών είναι ότι παρουσιάζουν μια κορυφή στην ειδική θερμική ικανότητά τους σε θερμοκρασία που είναι συνήθως περίπου τα δύο τρίτα του σημείου βρασμού τους. Αυτή η κορυφή είναι γνωστή για πάνω από έναν αιώνα, αλλά η προέλευσή του παρέμεινε ένα μυστήριο.
Οι ερευνητές του Cambridge χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών μετρήσεων και προσομοιώσεων υπολογιστών για να δείξουν ότι η κορυφή της συγκεκριμένης θερμικής ικανότητας προκαλείται από το σπάσιμο και τη μεταρρύθμιση των ομοιοπολικών δεσμών.
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι ομοιοπολικοί δεσμοί σε ένα υγρό είναι σχετικά ισχυροί και δεν σπάζουν εύκολα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι δεσμοί γίνονται ασθενέστεροι και αρχίζουν να σπάζουν πιο συχνά. Αυτή η διαδικασία φθάνει το μέγιστο στην κορυφή της ειδικής θερμικής ικανότητας. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, οι δεσμοί σπάζουν τόσο συχνά ώστε το υγρό αρχίζει να συμπεριφέρεται περισσότερο σαν αέριο.
Τα ευρήματα των ερευνητών παρέχουν μια νέα κατανόηση της συμπεριφοράς των ομοιοπολικών υγρών και θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην ανάπτυξη νέων υλικών και τεχνολογιών.
φόντο
Τα ομοιοπολικά υγρά είναι ένας τύπος υγρού που αποτελείται από μόρια που συγκρατούνται από ομοιοπολικούς δεσμούς. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν δύο άτομα μοιράζονται ένα ή περισσότερα ζεύγη ηλεκτρονίων. Αυτοί οι δεσμοί είναι ισχυρότεροι από τις δυνάμεις van der Waals που συγκρατούν τα μοριακά υγρά και ως εκ τούτου, τα ομοιοπολικά υγρά τείνουν να είναι πιο ιξώδη και έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού.
Μία από τις πιο ασυνήθιστες ιδιότητες των ομοιοπολικών υγρών είναι ότι παρουσιάζουν μια κορυφή στην ειδική θερμική ικανότητά τους σε θερμοκρασία που είναι συνήθως περίπου τα δύο τρίτα του σημείου βρασμού τους. Αυτή η κορυφή είναι γνωστή για πάνω από έναν αιώνα, αλλά η προέλευσή του παρέμεινε ένα μυστήριο.
The Cambridge study
Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Cambridge απάντησε στην μακροχρόνια ερώτηση σχετικά με την προέλευση της αιχμής στην ειδική θερμική ικανότητα των ομοιοπολικών υγρών.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών μετρήσεων και προσομοιώσεων υπολογιστών για να δείξουν ότι η κορυφή της συγκεκριμένης θερμικής ικανότητας προκαλείται από το σπάσιμο και τη μεταρρύθμιση των ομοιοπολικών δεσμών.
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι ομοιοπολικοί δεσμοί σε ένα υγρό είναι σχετικά ισχυροί και δεν σπάζουν εύκολα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι δεσμοί γίνονται ασθενέστεροι και αρχίζουν να σπάζουν πιο συχνά. Αυτή η διαδικασία φθάνει το μέγιστο στην κορυφή της ειδικής θερμικής ικανότητας. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, οι δεσμοί σπάζουν τόσο συχνά ώστε το υγρό αρχίζει να συμπεριφέρεται περισσότερο σαν αέριο.
Συνέπειες
Τα ευρήματα των ερευνητών παρέχουν μια νέα κατανόηση της συμπεριφοράς των ομοιοπολικών υγρών και θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην ανάπτυξη νέων υλικών και τεχνολογιών.
Για παράδειγμα, η ικανότητα ελέγχου του σπασίματος και της μεταρρύθμισης των ομοιοπολικών ομολόγων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό νέων υλικών με συγκεκριμένες ιδιότητες. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων, πλαστικών και άλλων υλικών με βελτιωμένη απόδοση.
Συμπέρασμα
Η μελέτη του Cambridge απάντησε σε μια μακρόχρονη ερώτηση σχετικά με τη συμπεριφορά των ομοιοπολικών υγρών. Αυτή η νέα κατανόηση θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στην ανάπτυξη νέων υλικών και τεχνολογιών.
