print header

מחקר חושף מצב צבירה חדש – זכוכית נוזלית

 אם נשאל אתכם כמה מצבי צבירה יש בעולם, כנראה שתענו 3 – מוצק, נוזל וגז, כשכמה מכם יציינו גם את המצב הרביעי, פלזמה. אך כיצד תגיבו אם נגיד לכם שיש מצב צבירה חמישי שהתגלה ממש לאחרונה, נמצא בין נוזל למוצק ונקרא זכוכית נוזלית? עולם המדע ובעיקר הכימיה לא נח לרגע, כשמחקרים רבים מתפרסמים חדשות לבקרים – ועדיין, תגלית שכזו הצליחה להפתיע גם אותנו. היום נציג אותה בפניכם ואת המחקר שבה היא הוכחה, שפורסם בינואר 2021 בכתב העת "הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים".

איך נערך המחקר?

לפי צוות החוקרים שעיקרו מגרמניה ומהולנד, כבר עשרים שנה מנסים מומחים להוכיח שיש מצב צבירה שכזה בשם "זכוכית נוזלית". כדי למצוא אותה במחקר הנוכחי, השתמשו בטכניקה מיוחדת בשם מיקרוסקופיה קונפוקלית, שמשמשת לדימות אופטי שמאפשר לצפות בחתכים אופקיים דקים ביותר תוך הגברת הניגודיות והרזולוציה של התמונה המתקבלת. בעזרתה, החוקרים צפו ביותר מ-6,000 חלקיקים מוארכים כדי לבחון את המבנה שלהם ואת הכיוונים שהם נעים בהם.
 
זכוכית נוזלית: חוקר מסתכל במיקרוסקופ

מה נמצא במחקר?

מהמחקר עולה כי ישנו מצב צבירה חדש שמשלב בין מוצקים וקולואידים כמו ג'ל – שהם תערובות הומוגניות שכוללות חלקיקים מיקרוסקופיים שקל לחקור. הן נפוצות בטבע ובטכנולוגיה ולכן ידועות למדי בעולמות המחקר הללו, ולמעשה הן נלמדו במשך יותר ממאה שנים. כאשר חומרים עוברים ממצב צבירה נוזלי למוצק, המולקולות שלהם בדרך כלל מסודרות במבנה קריסטלי – שהוא שונה מזה של זכוכית, שבו הן נעולות במצב מבולגן. כאשר עלתה הצפיפות של התערובות שנבחנו במחקר, המולקולות  ננעלו במבנה מבולגן שמזכיר את זה שיש לזכוכית – ולאחר מכן הגיעו למבנה מסודר.
 
"בצפיפויות מסוימות של תערובות שכאלו, נראה כי החלקיקים שבהם הפסיקו לשנות כיוון אבל, המשיכו לנוע, וכך היכן שהם קובצו ויצרו מבנה מסוים עם כיוון זהה – הם ננעלו בחוסר סדר", כך מסביר פרופסור זומבוש, אחד ממובילי המחקר מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת קונסטאנץ שבגרמניה. הוא מוסיף כי כתוצאה מכך החלקיקים חסמו אחד את השני, והתהליך הזה קרה רגע לפני שהם גיבשו מבנה מסודר וסופי. בתמונה הבאה תראו כיצד נראית זכוכית נוזלית.
זכוכית נוזלית: אילוסטרציה של זכוכית נוזלית

במה נבדל המחקר הזה מקודמיו בתחום?

נכון להיום, רוב הניסויים המחקריים נערכו בעזרת קולואידים כדוריים, חלקיקים שמבניהם בדרך כלל לא מסודרים או מוגדרים. עם זאת, הצורך בקולואידים סינתטיים כחומר לבניית בניינים, הוביל לפיתוח של כמה טכניקות לשילוב בין חלקיקים קולואידיים עם גאומטריה וקשרים ספציפיים. המחקר הנוכחי התמקד בקולואידים של זכוכית אקרילית, זאת מפני שהמבנים הייחודיים שלה נותנים כיוון לחלקיקים שיש בה, בניגוד למה שקורה בחלקיקים בחומרים אחרים. בעזרת הפער הזה, אפשר ללמוד שלל התנהגויות כימיות מורכבות חדשות או כאלו שלא הצליחו מדענים לחקור בעבר.
זכוכית נוזלית: מולקולה

מהי תרומתו של המחקר?

"הניסויים שלנו מספקים הוכחה שהקהילה המדעית חיכתה לה הרבה זמן – ליחסי גומלין בין תנודות מסוימות למבני זכוכית", מעיד פרופסור מתיאס פוש מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת קונסטאנץ. מהממצאים הללו, אפשר להניח כי הדינמיקה הזו עובדת גם במערכות אחרות ליצירת זכוכית, ולכן הם יכולים לשפוך אור על התנהגותן של מערכות מורכבות ומולקולות בגדלים שונים. יש לכך השפעה פוטנציאלית על התפתחות מכשירים שעשויים מגבישים נוזלים, אך כיצד היא תורגש בחיינו? כנראה שנדע בעתיד, אבל בכל מקרה, כעת יש לכם תשובה עדכנית יותר על השאלה "כמה מצבי צבירה קיימים בעולם?".
 
מקור התמונות: pnas
הצטרף בחינם לשירות
התכוונת ל:
בלחיצתך על "הרשם", הינך מסכים ל תנאי שימוש ו הצהרת הפרטיות שלנו ומאשר קבלת מיילים מהאתר.

כתוב תגובה

תוכן התגובה:
הצג את כל התגובות (0)
הצטרף בחינם לשירות
התכוונת ל:
בלחיצתך על "הרשם", הינך מסכים ל תנאי שימוש ו הצהרת הפרטיות שלנו ומאשר קבלת מיילים מהאתר.