پتاسیم ؛ ماده ای که خواص جامد و مایع را همزمان دارد

MacTavish · 20/8/19

مواد شکل های مختلفی به خود می گیرند، اما همه ما با سه شکل اصلی ماده یعنی جامد، مایع و گاز آشنا هستیم. دانشمندان اخیرا کشف کرده اند که فلز پتاسیم در شرایط خاص می تواند بطور همزمان خواص جامد و مایع داشته باشد.

دانشمندان کشف کردند اگر پتاسیم را تحت فشار و حرارت شدید قرار دهند این ماده توامان خواص دو گانه جامد و مایع را از خود نشان خواهد داد. این موضوع تصور سنتی انسان به سه شکل بنیادین ماده یعنی جامد، مایع و گاز را به چالش می کشد.

در واقع فلز پتاسیم می تواند هم در شکل مایع و هم در شکل جامد به صورت توامان ظاهر شود. در این حالت پتاسیم شبیه به اسفنجی است که در حفره های آن آب زیادی وجو دارد و آب از آن می چکد. با این تفاوت که در مورد اسفنج، جنس آن با ماهیت آب متفاوت است اما در خصوص پتاسیم تصور کنید که اسفنج نیز از پتاسیم ساخته شده باشد.

تغییرات ساختاری پتاسیم در شرایط خاص

پتاسیم یک فلز بسیار ساده است. این ماده در حالت جامد دارای ساختاری منظم و مشبک از کریستال پایه است، اما در صورت قرار دادن پتاسیم در شرایط خاص، اتفاقات عجیبی در این ساختار روی می دهد.

البته مواد دیگری نیز وجود دارند که تحت شرایط خاص رفتارهای عجیبی از خود نشان می دهند. برای مثال اگر فلز هادی سدیم را تحت فشار قرار دهید به یک عایق تبدیل می شود و لیتیوم نیز متاثر از حرارات و فشار بالا تبدیل به یک فلز ابر هادی خواهد شد.

تحقیق بر روی پتاسیم نشان داد که قرار دادن این ماده در شرایط فشار بالا باعث می شود تا اتم های آن خود را در ساختارهای پیچیده ای قرار دهند. پنج لوله اتمی به شکل مربع در می آیند، 4 لوله در گوشه قرار می گیرند و یکی هم در وسط جای خواهد گرفت، در همین زمان ۴ زنجیره اتمی نیز در میان آنها قرار می گیرند.

وقتی گرما بر پتاسیم اعمال شود، زنجیره ها ناپدید می شوند که این فرایند باعث می شود تا پتاسیم از حالت منظم به غیر منظم تغییر ماهیت دهد. تحقیقات نشان داد، فشار و حرارت بالا یعنی در حدود ۲ تا ۴ گیگا پاسکال باعث می شود تا زنجیره ها و شبکه های اتمی پتاسیم تغییر کند.

تعاملات شیمیایی بین اتم شبکه ها بسیار قوی است و لذا خاصیت جامد بودن خود در حرارت بالا را حفظ می کند، اما زنجیره ها به حالت بی نظم یا مایع در می آیند. در نتیجه شاهد وجود خواص جامد و مایع به صورت همزمان در پتاسیم خواهیم بود.

فرایند آخر را محققان فاز ذوب زنجیره نامیده اند و تصور می شود مواد بسیاری دارای چنین خاصیتی باشند که از جمله مهمترین آنها می توان به سدیم و بیسموت اشاره کرد.

بیسموت یکی از عناصر شیمیایی است. این عنصر در واقع یک فلز ضعیف سه ظرفیتی، سفید بلورین، سنگین و شکننده‌ است که اثر خفیفی از رنگ صورتی در آن وجود دارد و از نظر شیمیایی شبیه آرسنیک و آنتیموان می باشد. این فلز از تمامی فلزات مغناطیسی‌تر است و بجز جیوه از تمامی عناصر خاصیت رسانایی حرارتی کمتری از خود نشان می دهد. از این ماده در ساخت لوازم آرایش، رنگ‌دانه‌ها و کاربردهای دارویی استفاده می‌شود.

پژوهشگران در نهایت به این نتیجه رسیدند که پتاسیم یکی از ساده ترین مواد موجود است، اما در صورتی که تحت شرایط خاص قرار گیرد، ساختار های بسیار پیچیده ای از خود نشان می دهد که نگاه انسان به سه شکل بنیادین ماده را به یقین به چالش خواهد کشید.