العلماء يطورون المحفز المائي الأكثر كفاءة للحصول على وقود الهيدروجين من الماء !

0

العلماء يطورون المحفز المائي الأكثر كفاءة للحصول على وقود الهيدروجين من الماء !


الهيدروجين هو مصدرٌ رائع للطاقة النظيفة، ولكن التحدي هو إنتاجُ ما يكفي منه بكميات فعالة وسعر معقول، وقد وجد العلماء أخيراً طريقةً جديدة لتقسيم الماء إلى الهيدروجين والأوكسجين، وهي رخيصةٌ وفعالّة، وقد يعني ذلك أننا سنكون قادرين على إنتاج وقود الهيدروجين النظيف بوفرة في المستقبل.

لتقسيم الماء إلى الهيدروجين والأوكسجين، هنالك حاجة إلى تفاعلين، واحد لكل عنصر، والمشكلة الرئيسية كانت في الحصول على مُحفِّز فعال لإخراج الأوكسجين من المعادلة، وهو ما يقول هؤلاء الباحثون أنهم قد توصلوا اليه الآن.

وتفيد التقارير أن المُحفِّز الذي تم تطويره حديثاً يعالج كِلتا القضيتين، ويزيد من الكفاءة بتكلفة أقل من الحلول الحالية، ويمكن تشغيله لمدة 20 ساعة على التوالي.

فوفقاً لعلماء جامعة هيوستن الذين طوروا المُحفِّز، فإنه باستطاعته عمل كل ذلك من حيث المتانة وتخزين الطاقة، فضلاً عن التكلفة والكفاءة.
يقول "بول سي و. تشو" أحد العاملين في فريق البحث:
"الهيدروجين هو أنظف مصدر للطاقة الأولية على الأرض، يمكن أن يكون الماء هو المصدر الأكثر وفرة من الهيدروجين إذا كان بإمكان المرء فصل الهيدروجين عن ارتباطه القوي بالأوكسجين في الماء باستخدام عامل حافز ".

ويتكون المحفز الجديد من مادة ميتافوسفات حديدية ومنصة من النيكل الموصل، وهو مزيجٌ من المواد التي يقول الفريق أنها أكثر كفاءة وأقل تكلفة من الحلول الموجودة، كما يُظِهر متانة رائعة في الاختبارات، ويعمل لأكثر من 20 ساعة و 10.000 دورة دون عقبات.

استخدام الطريقة الجديدة يعني أن الهيدروجين يمكن أن ينتج دون نفايات كربونية، وهذه المشكلة التي توجد في أساليب الإنتاج الحالية، مثل إصلاح الميثان البخار وتغويز الفحم، لا يمكن تجنبها.

حتى الآن، تعتمد تفاعلات الأوكسجين في كثير من الأحيان على مُحفِّزاتٍ إلكترونية (إلكتروكاتاليستس) التي تستخدم الإيريديوم، البلاتين، أو الروثينيوم - المعادن "النبيلة" التي هي صعبة ومكلفة، ويقول الخبراء أن تفاعلات الأوكسجين أصبحت عنق الزجاجة للعملية برمتها.

النيكل، في المقابل، هو أكثر وفرة وأسهل جداً وأرخص للحصول عليه، ويشكل هذا المعدن أساس طريقةٍ أخرى لتقسيم المياه اكتشفت العام الماضي، لذلك أصبح لدى العلماء الآن عدة طرق لاستكشاف تحسين إنتاج الهيدروجين.

إن التقسيم الفعلي عادةً ما يكون مدعوماً من تيارٍ كهربائيّ أو طاقةٍ شمسية، ولكن لأن الماء يلتقط جزءً صغيرًا فقط من الطيف الضوئي، فمن الأكثر إنتاجية تحويل أشعة الشمس إلى طاقة أولاً، ثم استخدام الكهرباء لإطلاق الهيدروجين.

يُنتِجُ وقود الهيدروجين الماء كمنتج ثانوي للاحتراق، وهو مستدام وغير ملوث على الإطلاق، وإن تمكن العلماء من تطوير الفكرة، فيمكن للهيدروجين في نهاية المطاف أن يشَغل كل شيء من المنازل إلى السيارات، وهو خيارٌ أفضل بكثير للبيئة من الوقود الأحفوري الذي يُنتِج ثاني أكسيد الكربون وعوادم سامة.

والخبر السار أن الباحثين أيضاً يبحثون عن سبل الحصول على الهيدروجين من الكتلة الحيوية. وكلما كانت الحرارة أقل، وأقل طاقة نستخدمها في تحضير الهيدروجين في المقام الأول، كلما كان ذلك أفضل بالنسبة لكوكبنا، وبمجرد أن يكون جاهزًا، فإنه أكثر نظافة وأكثر صداقةً للبيئة من الوقود الأحفوري.

وقال الباحثون في هيوستن:
"نعتقد أن استنتاجنا هو خطوةٌ عملاقة نحو الإنتاج العملي والاقتصادي للهيدروجين عن طريق تقسيم المياه، الأمر الذي سيساهم بشكل كبير في الجهود المبذولة للحد من استهلاك الوقود الأحفوري".

المصدر:
sciencealert.com

مراجعة: فراس كالو

ما هو سر البيض الأسود في اليابان، وهل هو السبب في طول أعمارهم ؟!

0

ما هو سر البيض الأسود في اليابان، وهل هو السبب في طول أعمارهم ؟!

إعداد: ميس الريم حسين


البيض الأسود أو (كورو- تاماغو) كما ينطقها اليابانيون، لربما عند سماعك لهذا الاسم لأول مرة سيتبادر إلى ذهنك للوهلة الأولى بأن هذا البيض لكائن غريب ينتج بيضاً غريباً مثله، أو لعلها بيوض تهبط من الفضاء منتصف الليل، ولكن للقصة وجهٌ آخر، فما هو البيض الأسود، وأين يوجد، وما سر التسمية، وما المعتقدات الشائعة عنه؟

يتواجد البيض الأسود في وادٍ سياحي يدعى "وادي الغليان الكبير" أو (owakudani) في منطقة كاناغاوا (kanagawa) في اليابان؛ هذه المنطقة قابعة منذ ثلاثة آلاف عام حيث ثار بركان "هاكون ماتشي" (hakone machi)؛ الذي كان انفجاره قوياً جداً لدرجةِ أن كل تلك المنطقة المحيطة بالبركان لاتزال نشطة، وبها غليان في برك المياه المحيطة ويتصاعد من فتحات هذه البرك أبخرة بركانية مكونة من ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S).

لطالما تناولنا البيض وتبادلناه على موائدنا، ولطالما عهدناه أبيضاً أو مائلاً إلى الحمرة قليلاً، لكننا حتماً لم نره أسوداً، والسؤال الذي يطرح نفسه هنا؛ هل هذا البيض مختلف تماماً عما عهدناه؟! وكيف تبدو رائحته وطعمه ؟!

الكثير من المعتقدات والأساطير التي تم تداولها حول ظاهرة البيض الأسود، وهذا شيء طبيعي؛ فإن كنا سنتحدث بشكل عام، فاليابان أرض المعتقدات والديانات غير السماوية المختلفة، ولعل أبرزها البوذية، وإن كنا سنتحدث بشكل خاص فإن هذه الظاهرة أصبحت مِلكَاً لهذه المنطقة وعائدةً إليها، فمن الطبيعي جداً اختلاق أساطير عديدة حولها، ومن أشهر الأساطير المتداولة هي أن يخبرك اليابانيون بمجرد أن يقدموا لك طبق البيض الأسود؛ بأن تناولك لبيضة واحدة كفيلٌ بأن يطيل عمرك 7 أعوام إضافية !

لا شك بأن هذا الاعتقاد خيالي، وقد تتعجب عند سماعك به لأول مرة، ولكن ما التفسير العلمي للبيض الأسود ؟

في الحقيقة البيض الأسود ماهو إلا بيضٌ طبيعي دجاجيُّ المنشأ؛ ولكن طبيعة الوادي البركانية هي من تؤثر عليه، وتجعله أسوداً بهذا الشكل؛ فكما ذكرنا لأن الوادي بركاني، ويحتوي على بركِ مياهٍ بنسبِ كبريتٍ عالية؛ فعند غلي البيض الأبيض بمياه الوادي تتحول القشرة إلى اللون الأسود لوجود الكبريت؛ كما تختلف رائحته قليلاً إذ تصبح كبريتية بعض الشيء، ولكن طعمه يبقى طبيعياً.

إذاً البيض الأسود ما هو إلا خدعة كيميائية قد تنطلي على السُذج، ولن يطيل العُمر 7 أعوام كما يعتقد البعض، ولكن ربما يكون هذا الاعتقاد ما هو إلا "الطُعم" لجذب السياح من كل أنحاء العالم !

المصادر:
japantravel.com
thejapanguy.com
theshutterwhale.com

مراجعة: فراس كالو

علماء يصنعون الهيدروجين المعدني السائل والصلب !

0

علماء يصنعون الهيدروجين المعدني السائل والصلب !


ما زال العنصر الأول في الجدول الدوري (الهيدروجين) يدهش العلماء ويدهشنا؛ بسبب خواصه الفريدة، ويضاف إليها خاصية جديدة وهي إمكانية تحول هذا العنصر إلى معدن!

يتواجد الهيدروجين في طبيعته بحالة غازية في درجة حرارة الغرفة وتحت الضغط الجوي، لكنه يصبح صلباً إذا تعرض لضغطٍ شديد، أو درجات حرارة منخفضة، كما قد يتحول إلى سائل إذا أضُيفت الحرارة إلى الضغط، لكن الذي أثار دهشة العلماء هو قدرته المحتملة -نظرياً- على التحول إلى معدن صلب إذا فُرضت عليه ظروف أكثر تطرفاً من المذكورة سابقاً.

وتحويل الهيدروجين إلى معدن ليس بالعملية السهلة التي يأملها العلماء، ويتواجد حالياً فريقان من العلماء يستخدمان أساليب متباينة في مختبرات متخصصة للغاية، وهذان الفريقان إما يستخدمان نبضات كهربائية قوية جداً، أو يقذفان الهيدروجين بالليزر، أو أنهما يستخدمان ألماساً شديد التحمل لضغط الهيدروجين.

ورغم أن الفريقين كانا في سباق لتحويل الهيدروجين السائل، أو الصلب إلى صورة معدنية فإن لكل منهما أهدافاً مختلفة.
فأحد الفريقين سعى لتحويل الهيدروجين إلى معدن صلب موصل فائق للكهرباء والطاقة، وقد كانت الإختبارات التي جرت في يناير/كانون الثاني واعدة بهذا الخصوص.

ووفقاً للفيزيائي إسحاق سيلفيرا؛ رئيس وحدة الهيدروجين المعدني في جامعة هارفارد، فإن هذا الإنجاز سيكون ثورياً؛ حيث تمكن الفريق من إعلان نتائجه متوصلاً لهذه الحالة المحيرة من هذا العنصر الغريب !

وقد أظهرت تجاربهم أكثر الأدلة إقناعاً حتى الآن على السلوك المعدني للهيدروجين، لكنه كان بشكل هيدروجين معدني سائل، وفي حال إنتاج هيدروجين معدني قادر على الإحتفاظ بصورته المعدنية بعد تعرضه لضغط شديد، فإن العنصرُ المنتج عندئذٍ سيحمل صفات الموصل الفائق الذي يعمل في درجة حرارة الغرفة، والموصل الفائق هو الذي لا يفقد أي إلكترون عند نقل الطاقة، وقد تمكن العلماء سابقاً من الوصول لحالة التوصيل الفائق عن طريق تبريد بعض العناصر إلى درجة حرارة دون 14.01 كلفن، أي ما يعادل -259.14° درجة مئوية.

وللهيدروجين الصلب كثافة مقدارها 0.086 غ/سم3، مما يجعله واحداً من أقل الأجسام الصلبة كثافةً، ومثل كل المعادن فإنه سيكون موصلاً قيماً للطاقة، وربما أكثرها كفاءةً على الإطلاق، لأنه سيكون موصلاً فائقاً للكهرباء، وسيملك استخدامات لا تحصى يمكن أن تؤثر على التقنية وحياة الإنسان، ما يعد بنقلة نوعية في حياتنا البشرية.

وعلى صعيد آخر؛ يتطلع العلماء إلى ما هو أبعد من ذلك حيث يضعون الفضاء نصب أعينهم، إذ بإمكان الهيدروجين المعدني السائل الإجابة على كثير من الأسئلة المحيرة حول الكواكب الغازية العملاقة والتي تمتلئ بالهيدروجين في محاوله منهم لإيجاد تفسير منطقي يقودنا كفيزيائيين لفهم كيفية تشكل وتبلور الكون الذي نراه حالياً.

المصادر:
nature.com
journals.aps.org

تدقيق لغوي: محمد مرتجى

باحثون يطورون واحدة من أقوى وأخف المواد المعروفة !

0

باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) يطورون واحدة من أقوى وأخف المواد المعروفة !


منذ سنوات، كان من المعروف لدى الباحثين أن الكربون عندما يرتب بطريقة معينة يمكن أن تكون مادة من أقوى المواد وهو مايسمى بالغرافين (Graphene).

الغرافين الذي كان، وحتى الآن من أقوى المواد المعروفة مكونٌ من رقائق من ذرات الكربون مرتبة في بعدين، وفي حين أنه من الملاحظ الرِقة، والخصائص الكهربائية الفريدة لهذه المادة، إلا أنه من الصعب جداً تكوين أشكال مفيدة ثلاثية الأبعاد من الغرافين.

شبكة من الغرافين

ولكن الآن فريقٌ من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) اكتشف أنه باستخدام رقائق صغيرة من الغرافين، وتشكيلها على شكل صمامات في بُنى مُعشقة اسفنجية مثل الشبكة؛ فإنه لا يحتفظ فقط بالقوة المادية للغرافين، وإنما يبقي الغرافين بشكله الإسفنجي المسامي!

كان الفريق قادراً على ضغط رقائق صغيرة من الجرافين باستخدام مزيج من الحرارة والضغط، وقد أنتجت هذه العملية هيكل قوي مستقر يشبه ببنيته بعض الشعاب المرجانية والكائنات المجهرية هذه الأشكال ذات مساحة هائلة بالنسبة إلى حجمها، وثبت أنها قوية بشكل ملحوظ.

وقد تم إنشاء هياكل متعددة ثلاثية الأبعاد، من أجل معرفة ما هو الحد الأقصى وما هي أقوى المواد الممكن إنتاجها .
للقيام بذلك، أنشأوا مجموعة متنوعة من النماذج ثلاثية الأبعاد، ثم أخضعوهم لإختبارات مختلفة.

في المحاكاة الحاسوبية، التي تحاكي ظروف التحميل في الشد والضغط، واستناداً إلى التجارب التي أجريت على هذه النماذج ثلاثية الأبعاد المطبوعة مؤخراً، فقد قرر الباحثون أن هذه المواد الجديدة ببنيتها الهندسية المتميزة هي فعلياً أقوى من الغرافين العادي، مما يجعلها أيضاً أقوى بعشر مرات من الفولاذ مع 5% فقط من كثافته.

التطبيقات المستقبلية

اكتشاف مواد قوية للغاية، ومع ذلك خفيفة الوزن سيكون له العديد من التطبيقات كما ورد في تقرير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، حيث أظهرت النتائج الجديدة أن العامل الحاسم في هذه الأشكال الجديدة ثلاثية الأبعاد هو (التكوين الهندسي) غير العادي أكثر من طبيعة المواد نفسها.

الأمر الذي يوحي بمواد بنفس القوة والخفة يمكن تصنيعها من مجموعة متنوعة من المواد بنفس الميزات الهندسية .
ويقول ماركوس بوهلر رئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
" يمكنك استبدال المواد بحد ذاتها مع أي شيء والهندسة هي العامل المهيمن".

ويمكن استخدام هذه التقنية في مشاريع واسعة النطاق مثل الجسور حيث يمكن استخدام نفس الهندسة، في إنشاء هياكل قوية وسليمة في حين أن عملية البناء ستكون أسهل باستخدام مواد أخف بكثير، وهذا العمل يظهر اتجاهاً جديداً لاستخدام المواد ثنائية البعد وقوة تصميم الهياكل المادية معاً باستخدام الهندسة.

المصادر:
news.mit.edus
businessinsider.com

تدقيق لغوي: محمد مرتجى

ما سر رائحة المطر الزكية؟ ولماذا نحب رائحة المطر ؟

0
ما اسم رائحة المطر, سر رائحة المطر, لماذا نحب رائحة المطر, سبب رائحة المطر, رائحة المطر

ما سر رائحة المطر الزكية؟ ولماذا نحب رائحة المطر ؟


رائحة المطر تلك الرائحة الزكيَّة التي تنبعث من الأرض بعد هطول الأمطار، فتبعث في النفس راحةً وانتعاشاً غريباً؛ فما سر رائحة المطر؟ ولماذا نحبها؟ تعرفوا معنا في هذا المقال على الإجابة..

ما اسم رائحة المطر ؟

بدايةً تسمى رائحة المطر باِسم بتريكور (petrichor) أو عطر الأرض (Earth perfume).

ما سر رائحة المطر؟

رائحة المطر ليست رائحة واحدة كما يظن الكثيرون، بل يكمن سرها في أنها مركبة من عدة روائح، إذ تقوم النباتات خلال فترة الجفاف أو الصيف بإفراز زيوت عطرية تخفف من تبخر الماء من أوراقها، وتبقى هذه الزيوت العطرية على الأوراق أو يتساقط بعضها على التربة، فتؤخر نمو البذور الموجودة في التربة إلى حين هطول المطر.

أضف على ذلك أن بعض البكتيريا التي تعيش في التربة واسمها الشعّيّة أو الشعاعية (actinomycetes)، تنتج مركبات كيميائية معينة (Geosmin).

وعندما تهطل الأمطار فإن المركبات الكيميائية التي تنتجها هذه البكتيريا تنتشر في الجو مع الزيوت العطرية التي تنتجها النباتات؛ على شكل فقاعات صغيرة جداً تسمى (aerosols).

وهناك رائحة ثالثة أيضاً تضاف إلى الرائحتين السابقتين وهي رائحة الأوزون القادم من طبقات الجو العليا مع  المطر؛ وتكون أقرب إلى رائحة الكلور المخفف، فخلال العواصف الرعدية يتشكل الأوزون في طبقة الأتموسفير، وتحمله قطرات المطر إلى الأرض.

إذاً في المرة القادمة عندما تمشي تحت المطر وتستنشق تلك الرائحة المنعشة؛ تذكَّر مكوناتها وهي:
رائحة الزيوت العطرية للنباتات + رائحة المركبات الكيميائية لبكتيريا التربة + رائحة الأوزون !

لماذا نحب رائحة المطر؟

يعتقد العلماء أننا ورثنا محبة رائحة المطر من أجدادنا، لأن الأمطار ضرورية لريَّ المحاصيل والمزروعات، وتوفر مياه الشرب، وبالتالي فهي مرتبطة بالخصوبة والخير.

المصادر:
earthsky.org
livescience.com

كيف نشُم وكيف تعمل حاسة الشم ؟

0
كيف نشُم, كيف تعمل حاسة الشم, كيف يحدث الشم

كيف نشُم وكيف تعمل حاسة الشم ؟ 


لطالما كانت حاسة الشم ذاتَ أهميةٍ كبيرةٍ في حياة الكائنات الحية رغم تقليل البعض من شأنها؛ فمن تحديد الأغذية الفاسدة إلى التعرف على رائحة الحريق، يبرز دور هذا الحاسة وعضوها الصغير في بقائنا على قيد الحياة.

ولكي نفهم كيف يقوم الأنف بتمييز الروائح المختلفة، لابد من معرفة الأجزاء الخاصة بحاسة الشم من الأنف، فتبدأ عملية الشم في نهاية تجويف الأنف، حيث يتواجد الملايين من الأعصاب الحسية في نسيجٍ مكونٍ من خلايا طلائية؛ يوجد على نهايات هذه الخلايا مجموعاتٌ من المستقبلات الشمية التي ترتبط بالمواد الطيارة (الرائحة)؛ والتي ما هي إلا مركبات كيميائية؛ فيما يحاكي وضع القفل والمفتاح حيث تمثل المستقبلات القفل في حين تقوم المواد الطيارة بوظيفة المفتاح.

يحتوي الجينوم البشري على ما يقارب 1000 جينٍ مختصين بالمستقبلات الشمية في أنف الإنسان والتي يمتلك منها ما يقارب 450 نوعاً مختلفاً، وتمتلك الكلاب ضعف هذا الرقم تقريباً من المستقبلات الشمية، وكل مستقبلٍ من هذه المستقبلات يمكن أن يتم تفعيله بواسطة أكثر من نوعٍ من المواد الطيارة ومن الممكن أيضاً أن تقوم مادة معينة بتفعيل أكثر من مستقبل واحد من المستقبلات الشمية، ولكن ما يختلف فيه البشر عن بعضهم هو مدى قوة ارتباط نوع معين من المستقبلات مع نوع معين من المواد الطيارة.

والارتباطات المختلفة بين المستقبلات والمواد الطيارة هو ما يعطينا في النهاية القدرة على تمييز الكثير من الروائح المختلفة.

في الحقيقة إن ما نشعر به عند شم رائحةٍ معينةٍ لشيء ما؛ ليس إلا رسالةً عصبيةً معقدةً ناتجةً من تجمع مزيجٍ من الارتباطات في نمطٍ معينٌ، يقوم الدماغ بترجمته إلى رائحةٍ يمكنه التعرف عليها.

كيف نشُم, كيف تعمل حاسة الشم, كيف يحدث الشم
صورة توضح كيف يحدث الشم

تنشأ هذه الرسالة العصبية من الأعصاب الحسية في الأنف عند ارتباط المادة الطيارة بإحدى المستقبلات لتنتقل بعد ذلك إشارة كهربية من العصب الحسي إلى البصلة الشمية (olfactory bulb) الموجودة في مقدمة الدماغ ومن هناك يتم إرسالها إلى مناطق أخرى في الدماغ لتخضع لمزيد من عمليات المعالجة.

إحدى هذه المناطق تسمى بالقشرة الكمثرية (piriform cortex) وهي عبارةٌ عن مجموعةٍ من الأعصاب تقع مباشرةً خلف البصلة الشمية ووظيفتها هي التعرف على الروائح المختلفة.

يعتبر المهاد (thalamus) أحد أجزاء الدماغ الذي له دور فعال في عملية الشم حيث يعمل كمحطة تقويةٍ لجميع المعلومات الحسية الواردة للدماغ، كما يقوم أيضاً بنقل بعض المعلومات الخاصة بحاسة الشم إلى القشرة الجبهية الحجاجية (orbitofrontal cortex) حيث يمكن لحاسة الشم في هذه المنطقة أن تتكامل مع حاسة التذوق.

من الممكن أيضاً أن تتداخل حاسة الشم مع بعض الذكريات والمشاعر، مثل ما يحدث للبعض من تذكر شخص ما بمجرد شم رائحة العطر الذي يستخدمه، يحدث هذا نتيجة إرسال المهاد للمعلومات الشمية إلى منطقة الحصين (hippocampus) ومنطقة اللوزة الدماغية (amygdala) وهما منطقتان تعنيان بمهامٍ مِنْ مثلِ التعليم والذاكرة.

المصادر
brainfacts.org
dkfindout.com
livescience.com

تدقيق لغوي: محمد طحان

متى ولد الكيميائي السويسري بول كارير ؟

0
متى ولد الكيميائي السويسري بول كارير, الكيميائي السويسري, بول كارير

في مثل هذا اليوم 21 نيسان من عام 1889م، وُلِدَ الكيميائي السويسري «بول كارير».
بول حصل على نصف جائزة نوبل لأبحاثه في الأصبغة النباتية كالكاروتينات الصفراء، الفلافينات، والفيتامينات (A- B2 - E).


إعداد: Yahya Abukhalifa

المصدر:
www.rsc.org

كافة الحقوق محفوظة لموقع © مقالات بالعربي