Światło, a nie tylko ciepło może powodować, że woda paruje
If real, the effect might be occurring naturally all over the world
Jeśli ta teoria jest prawdziwa, to taki efekt może występować na całym świecie
Original | Polish translation |
Green light means “go.” That might apply to evaporating water molecules too. Visible light, especially that of a greenish hue, might spur water to evaporate, researchers report in the Nov. 7 Proceedings of the National Academy of Sciences. In experiments, water evaporating under visible light showed a higher evaporation rate than possible based on heat alone, MIT mechanical engineer Gang Chen and colleagues say. | Zielone światło oznacza „idź”. To może także dotyczyć wyparowywania cząsteczek wody. Jak donoszą naukowcy w Proceedings of the National Academy of Sciences z 7 listopada [2023 r.], światło widzialne, a zwłaszcza to o zielonym odcieniu, może powodować, że woda paruje. Inżynier mechaniki Gang Chen z kolegami z MIT [Massachusetts Institute of Technology] udowodnili w swoim eksperymencie, że woda wyparowana pod wpływem widzialnego światła pokazała większą szybkość parowania niż to możliwe w przypadku zastosowania samego tylko ciepła. |
Coupled with other observations, they say, the finding suggests that when light shines on water, individual particles of light, or photons, can sever the bonds that connect water molecules, releasing clusters of molecules into the air. | Mówią, odkrycie to wsparte innymi obserwacjami sugeruje, że kiedy światło pada na wodę, to jego indywidualne cząsteczki – fotony mogą przerywać wiązania, które łączą molekuły wody i w ten sposób uwalniają w powietrze skupisko cząsteczek. |
“This is super exciting stuff,” says Yuki Nagata, a chemist at the Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz, Germany, who was not part of the research. He notes that the hypothesis needs additional checking. “We are not 100 percent sure this is really the mechanism,” he says. But if it is, it’s “totally new.” | „To jest bardzo ekscytująca rzecz” – mówi Yuki Nagata, chemik z Instytutu Badań Polimerowych im. Maxa Planka w niemieckim mieście Mainz, który nie był zaangażowany w te badania. Zauważa, że te hipotezy potrzebują dodatkowego sprawdzenia. „Nie jesteśmy w 100% pewni, że taki jest mechanizm” – mówi. „Ale jeśli to prawda, to jest całkowicie nowy”. |
Normally, heat is what gets evaporation going, causing water molecules in the liquid to jostle more vigorously. That extra energy can break some of the bonds between molecules in the liquid, allowing molecules to escape as water vapor. Based on how much heat goes in, scientists can calculate the amount of evaporation expected. Visible light can help water evaporate due to the heat it imparts (SN: 3/8/16). But until now, it wasn’t thought to directly break the bonds between water molecules. | Zwykle to ciepło powoduje parowanie, powodując, że cząsteczki wody w cieczy energiczniej się przepychają. Ta dodatkowa energia może zerwać połączenia między molekułami w cieczy, pozwalając im uciec wtedy, kiedy woda paruje. W oparciu o ilość dostarczonego ciepła, naukowcy są w stanie obliczyć spodziewaną ilość wyparowanej cieczy. Światło widzialne może pomóc w parowaniu wody z powodu wydzielanego przez siebie ciepła (patrz: Science News z 8 marca 2016 r.) Jak dotąd jednak nie sądzono, że powoduje to bezpośrednie przerwanie wiązań między cząsteczkami wody. |
In the new study, the researchers shone light on water contained in porous hydrogels, materials that greedily sop up water. The proposed effect occurs where air meets water, and the hydrogels the researchers studied contain innumerable crannies where the two meet, allowing the water to be cleaved off and escape. In some cases, the evaporation rate was more than double the expectation based on heat. What’s more, the evaporation rate varied with the wavelength of the light. Green light produced the highest evaporation rate. | W nowym opracowaniu, naukowcy potraktowali światłem wodę zawartą w porowatych hydrożelach, materiałach chciwie wchłaniających wodę. Proponowany efekt występuje, kiedy powietrze spotyka się z wodą, a hydrożele, które studiowali badacze, zawierają niezliczone szczeliny w miejscach ich stykania się, umożliwiając oddzielenie i ucieczkę wody. W niektórych przypadkach, szybkość parowania była ponad dwukrotnie większa od oczekiwanej, w porównaniu do zastosowania ciepła. Co więcej, szybkość parowania zmieniała się w zależności od długości fali światła. Zielone światło powodowało największą prędkość. |
That wavelength dependence is convincing support for the researchers’ hypothesis, says thermodynamicist Janet A.W. Elliott of the University of Alberta in Edmonton, Canada. “If you just shine [visible] light on something, how do you know if it’s the light or the heat from the light that’s doing your job? But if it’s wavelength dependent … that’s evidence that the light part of it matters.” Additionally, she says, the excess evaporation didn’t occur when a heater was used instead of light. | Janet A.W. Elliott, termodynamik z Uniwersytetu Alberty w Edmonton w Kanadzie uważa, że ta zależność od długości fali przekonująco potwierdza hipotezę badaczy. „Jeśli po prostu oświetlasz coś [widzialnym] światłem, skąd wiesz, czy działa wtedy samo światło, czy może ciepło z tego światła? Ale jeśli zależy to od długości fali… to dowodzi, że światło ma znaczenie”. Ponadto, jak twierdzi, nadmierne parowanie nie wystąpiło, gdy zamiast światła użyto podgrzewacza. |
When heat drives evaporation, molecules typically escape one at a time. But measurements of the temperature of the vapor above the hydrogel suggest that when light is driving the evaporation, water molecules escape in clusters. Then the clusters themselves evaporate, breaking into individual water molecules, cooling the vapor in the process. | Kiedy ciepło aktywuje parowanie, molekuły zazwyczaj uciekają pojedynczo. Jednak pomiary temperatury pary nad hydrożelem sugerują, że kiedy światło napędza parowanie, cząsteczki wody uciekają gromadami. Następnie same klastry odparowują, rozbijając się na pojedyncze cząsteczki wody i tym samym, schładzają parę. |
In general, the measured vapor temperature was higher closer to the hydrogel, just as steam is hottest directly above a boiling pan. But in a pocket of vapor between about 8 to 14 millimeters above the surface, the temperature didn’t vary with height. That, the researchers say, is evidence of a region where the air is saturated with individual water molecules, and where clusters continually evaporate and recondense. | Ogólnie rzecz biorąc, zmierzona temperatura pary była wyższa w pobliżu hydrożelu, tak jak para jest najgorętsza bezpośrednio nad garnkiem. Jednak w chmurze pary znajdującej się około 8–14 milimetrów nad powierzchnią, temperatura nie zmieniała się wraz z wysokością. To, zdaniem naukowców, jest dowodem na istnienie regionu, w którym powietrze jest nasycone pojedynczymi cząsteczkami wody i gdzie skupiska nieustannie odparowują i ponownie się kondensują. |
“It’s pretty convincing that, in this particular experimental setup, you can see clumps of molecules coming off and then those clumps evaporate,” Elliott says. | „To całkiem przekonujące, że w tym konkretnym eksperymencie widać odrywające się grudki cząsteczek, które następnie wyparowują” – mówi Elliott. |
But, Elliott says, “there’s still lots of questions to be answered.” For example, the researchers don’t explain in detail how the photons could break the bonds or why it works best with green light. | Twierdzi ona jednak, że „nadal pozostaje wiele pytań, na które należy znaleźć odpowiedzi”. Na przykład naukowcy nie wyjaśniają szczegółowo, jak fotony mogą rozrywać wiązania, ani dlaczego jest to najbardziej widoczne w przypadku zastosowania zielonego światła. |
Chen admits that the theoretical explanation involves some handwaving. Still, he hopes that this effect could be put to use for practical purposes, such as more efficient ways of making freshwater from saltwater (SN: 8/9/16) | Chen przyznaje, że teoretyczne wyjaśnienie wiąże się z pożegnaniem [lub odwróceniem uwagi naukowców od już zatwierdzonych faktów]. Mimo to ma nadzieję, że efekt ten będzie można wykorzystać do celów praktycznych, takich jak bardziej wydajne sposoby wytwarzania słodkiej wody ze słonej (patrz Science News 9 września 2016 r.) |
The effect might be widespread in nature, Chen says, in water within porous materials like soil or plants, or in foams on the surface of the ocean. “We have a feeling this is really happening daily, widely, and that’s why we’re very excited about this.” | Chen twierdzi także, że taki efekt może być szeroko rozpowszechniony w przyrodzie - w wodzie zawartej w materiałach porowatych, takich jak gleba lub rośliny, lub w pianach na powierzchni oceanu. „Przeczuwamy, że to naprawdę dzieje się codziennie, na szeroką skalę, dlatego jesteśmy bardzo podekscytowani tym odkryciem”. |
Citations: Y. Tu et al. “Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit”. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 120, November 7, 2023, e2312751120. doi: 10.1073/pnas.2312751120. | Przypisy: |
Source: Conover Emily. “Light, not just heat, might spur water to evaporate”, Science News, November 13, 2023, https://www.sciencenews.org/article/light-water-molecules-evaporate-heat
Obraz autorstwa Freepik
2023 (C) Katarzyna Górnisiewicz, Obsidian Translations. All rights reserved.