דף הבית / מהו חשמל / איך המים מוליכים חשמל?

איך המים מוליכים חשמל?

אחרי מאתיים שנה נפתרה התעלומה – מדענים הצליחו לחזות לראשונה במעבר של חלקיקים טעונים בין מולקולות מים

כל ילד לומד בשלב מוקדם בחייו שחשמל ומים הם שילוב מסוכן, שכן מים מוליכים חשמל. אולם אף שהתופעה מוכרת מאוד, עולם המדע לא ידע להסביר איך זה קורה ברמה המולקולרית. במשך 200 שנה נאבקו מדענים למצוא את התשובה החמקמקה, עד שהיא קיבלה לבסוף מענה במחקר חדש.

מים טהורים, שלרוב אפשר למצוא רק בתנאי מעבדה, הם מוליך חשמל גרוע במיוחד, אך הם מפצים על כך בהיותם ממס אוניברסלי של מלחים ומתכות. כאשר גבישי המלח מומסים במים הם מתפרקים לחלקיקים טעונים שמכונים יונים.

פרסום

היונים הם אטומים או מולקולות בעלי מטען חיובי או שלילי. למשל מלח הבישול הביתי מורכב מיונים חיוביים של נתרן ויונים שליליים של כלור. בתמיסה, היונים האלה מסוגלים להיצמד למולקולות מים וכך המים מוליכים חשמל ביעילות. כל שהסיבה לכך שאנו חושבים שהמים הם מוליך טוב היא שהמים סביבנו, ממקווי מים טבעיים ועד לברז הביתי, מכילים יונים של מלחים מומסים.

כל מולקולת מים מורכבת מאטום יחיד של חמצן ושני אטומים של מימן, וההרכב הכימי הזה מקנה למים תכונות ייחודיות. אחת מהן היא העובדה שבמים נוזליים המולקולות מסודרות ברשת סבוכה של קשרים חזקים בין המימן של מולקולה אחת לחמצן של מולקולה אחרת. הקשרים האלה מכונים “קשרי מימן”, והם אחת הסיבות למתח הפנים הגבוה של מים וחיוניים לתפקיד שלהם כנוזל החיים.

בשנת 1806 ניסח הכימאי הגרמני תיאודור גרוטוס (Grotthuss) תיאוריה על הולכת החשמל במים, שלפיה מולקולות מים מסוגלות להעביר ביניהן מטען דרך רשת קשרים ביניהם, שאופיינו מאוחר יותר כקשרי מימן. המטען עובר בצורת פרוטון – גרעין בעל מטען חיובי של אטום מימן, בין אטומי חמצן שכנים בנוזל. מאז ועד היום הידע שלנו על מעבר המטען לא התקדם.

השנה הצליחה לראשונה קבוצת מדענים בראשותו של מרק ג’ונסון מאוניברסיטת יל בארצות הברית לחזות בתהליך מתרחש. במחקרם, שהתפרסם בכתב העת Science, עקבו החוקרים אחרי תנועת פרוטונים במים עלי ידי הקפאה מהירה של התהליך וסריקתו בקרינה תת-אדומה. מחקרים דומים נעשו כבר בעבר, אך התמונה שהתקבלה הייתה מטושטשת מדי ואי אפשר היה להסיק ממנה דבר על תנועת הפרוטונים.

ג’ונסון ועמיתיו עקבו הפעם אחרי חמש מולקולות מים בלבד, שקוררו עד קרוב מאוד למינוס 273 מעלות צלזיוס, האפס המוחלט שבו כל תנועה מופסקת. כך, אומר ג’ונסון, יכלו החוקרים “לחשוף רצף של עיוותים מתואמים (של מולקולות המים), כמו בסצנות של סרט”.

פרט לפתרון החידה רבת השנים, התגלית החדשה עשויה לספק הסברים להתנהגויות מוזרות נוספות של מים – לדוגמה יכולתם של המים להיפרד לשתי שכבות של נוזל בצפיפות שונה בטמפרטורות גבוהות או יכולתם לקפוא בתנאים מסוימים בנקודת הרתיחה שלהם. אף שהם מכסים שני שליש משטח עולמנו, המים הם עדיין אחת החידות הגדולות של הטבע, ועכשיו עשינו עוד צעד משמעותי שיסייע לנו להבין טוב יותר אותם ואת העולם הסובב אותנו.

פרסום

אוהד זיס

מכון דודזון

Print Friendly, PDF & Email

בנוסף אולי תאהב/י

אודות מערכת פורטל חשמלנט

מערכת פורטל חשמל נט עושה כמיטב יכולתה להביא בפניכם חדשות , כתבות ,מחקרים ,ידיעות מהארץ העולם ועוד המון אינפורמציה בתחום תעשיית החשמל ותעשיית התאורה. בכל הצעה בקשה רעיון נשמח באם תיצרו קשר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *