لقد توصل الباحثون لأول مرة إلى تصوير اندماج عنصري الأكسجين والهيدروجين وتوثيقه لتشكيل قطرات الماء نانوية.
سابقًا في العام 2024، طوّر فريق من جامعة نورث ويسترن في ولاية الينوي طريقة جديدة لعرض جزيئات الغاز وتحليلها في الوقت الفعلي.
تتضمن الطريقة حبس جزيئات الغاز ضمن مفاعلات نووية على شكل قرص العسل، وهذا باستخدام أغشية زجاجية رقيقة جدًا، التي يمكن رؤيتها بعد ذلك باستخدام المجاهر الإلكترونية النافذة (TEM).
المجاهر الإلكترونية النافذة هي مجاهر إلكترونية دقيقة للغاية، تُستخدم فيها حزمة من الإلكترونات التي تَنفُذ عبر عينة رقيقة للغاية، وتتميز بإنتاج صور ثلاثية الأبعاد.
باستخدام هذه التقنية الحديثة، حاول الفريق إلقاء نظرة عن قرب على لغز عمره مئة عام، الذي مفاده كيفية آلية توليد معدن البلاديوم للماء بسرعة من تفاعل الهيدروجين والأكسجين.
قال يوكون ليو المؤلف الأول للدراسة في بيان: «إنها ظاهرة معروفة ولكنها لم تكن أبدًا مفهومة بشكل كامل».
«لأنك حقًا بحاجة إلى أن تكون قادرًا على الجمع بين التصور المباشر لتوليد قطرات الماء وتحليل البنية على المستوى الذري من أجل معرفة ما يحدث أثناء التفاعل وكيفية تحسينه».
باستخدام التقنية الحديثة، تمكنوا وسط حالة من الاستغراب والانبهار من مشاهدة دخول الهيدروجين إلى البلاديوم، وتشكيل قطرة ماء نانوية.
أضاف ليو: «نعتقد أنها قد تكون أصغر قطرة تشكلت على الإطلاق، وقد شوهدت بشكل عيني مباشر».
«هذا ليس ما كان في حسباننا. لحسن الحظ، كنا نوثق ونسجل ما حدث، حتى نتمكن من الإثبات للآخرين أننا لسنا مجانين».
إضافة إلى الأدلة المرئية، فقد قام الفريق بتحليل القطرة باستخدام التحليل الطيفي لفقدان الطاقة الكهربائية، وهي نفس التقنية التي استخدمتها مهمة تشاندريان1 الهندية لتأكيد وجود الماء على القمر، وإن كان على معايير نانوية.
قال فيناياك درافيد المؤلف الرئيسي للدراسة: «من خلال التصور المباشر لتوليد المياه على نطاق نانوي، تمكنا من تحديد الظروف المثلى لتوليد المياه بسرعة في ظل الظروف المحيطة».
أضاف: «لهذه النتائج آثار كبيرة على التطبيقات العملية مثل تمكين توليد المياه بسرعة في بيئات الفضاء العميق باستخدام الغازات والمحفزات المعدنية، من دون الحاجة إلى أقصى ظروف التفاعل».
وجد الفريق أن معدل إنتاج البلاديوم للأكسجين يتأثر بشكل كبير بالتسلسل الذي يتم من خلاله إدخال الهيدروجين والأكسجين.
إضافة إلى كونه أمرًا رائعًا رؤية هذه العملية على مثل هذه المقاييس المجهرية، ويمكن أن يؤدي البحث إلى تقنيات أفضل لإنتاج المياه.
أحد المجالات التي يمكن أن تساعد فيها هذه العملية هو السفر إلى الفضاء، إذا أمكن ملئ البلاديوم مسبقًا بالهيدروجين، فلن يحتاج حينها رواد الفضاء إلا لإضافة الهيدروجين من أجل تكوين مياه صالحة للشرب.
فيما عدا التوقف السريع عند قمر المشتري يوروبا، فقد تكون المياه عبئًا بالنسبة للبعثات البعيدة لزيارة كواكب أخرى، أو حتى لإنشاء قواعد هناك.
أضاف درافيد: «فكِّروا في شخصية الممثل مات ديمون، مارك واتني في فيلم The Martian».
«حيث قام بإحراق وقود الصواريخ ثم أضاف الأكسجين من جهاز الأكسجة الخاص به. إن عمليتنا مماثلة، إلا أننا نتخطى الحاجة إلى النار والظروف الدرامية الأخرى، لقد قمنا ببساطة بمزج البلاديوم والغازات معًا».
نُشرت الدراسة في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم PNAS.
اقرأ أيضًا:
كيف ابتكر العلماء أنقى قطرة ماء على الأرض؟
علماء يجدون طريقة جديدة لرفع الماء
ترجمة: سليمان عبد المنعم
تدقيق: ألاء ديب
مراجعة: هادية أحمد زكي
