یکی از پدیده‌هایی که ذهن محققان را مشغول خود کرده بود، وارد شدن آب به‌درون نانولوله‌های کربنی بود. از آنجایی که از نقطه نظر انرژی این فرآیند نباید اتفاق بیافتد، محققان به‌دنبال دلیل بروز آن بوده‌اند که بالاخره راز این فرآیند کشف شد. افزایش آنتروپی عامل وارد شدن مولکولها آب به‌درون نانولوله‌ها است.
افزایش آنتروپی، عامل وارد شدن قطرات آب به درون نانولوله‌های کربنی
یکی از پدیده‌هایی که ذهن محققان را مشغول خود کرده بود، وارد شدن آب به‌درون
نانولوله‌های کربنی بود. از آنجایی که از نقطه نظر انرژی این فرآیند نباید اتفاق
بیافتد، محققان به‌دنبال دلیل بروز آن بوده‌اند که بالاخره راز این فرآیند کشف شد.
افزایش آنتروپی عامل وارد شدن مولکولها آب به‌درون نانولوله‌ها است.
در چند سال اخیر، محققان مشاهده کرده بودند که آب به‌طور خود‌به‌خودی درون نانولوله‌های
کربنی جریان می‌یابد. این موضوع کمی گیج کننده است زیرا تصور می‌شد که بتوان از
نانولوله‌های کربنی در نانوسیال‌ها و نانوفیلتراسیون استفاده کرد. در این حوزه‌ها،
نانولوله‌های کربنی آب را نگه داشته و از این طریق به جداسازی و خالص‌سازی آب می‌توانست
کمک کند.
تاکنون هیچ کس به‌دنبال توضیح این موضوع نبوده است که چرا در مقیاس مولکولی، سیالی
مانند آب پایداری خود را درون فضایی چنین کوچک محدود می‌کند.
اخیرا محققان کالتک، با استفاده از یک روش جدید، دینامیک مولکول‌های آب را محاسبه
کردند. این گروه از محققان معتقدند که توانسته‌اند پرده از یک راز بردارند. ویلیام
گادارد، از مرکز کالتک، می‌گوید حلقه گمشده در بررسی دینامیک مولکولی آب، آنتروپی،
مقدار بی نظمی سیستم، است در حالی که بسیاری از محققان در بررسی این موضوع به
مطالعه انرژی می‌پردازند نه آنتروپی. این نتیجه بسیار شگفت انگیز است. مولکول‌های
آب تشکیل شبکه‌ای بسیط از پیوندهای هیدروژنی می‌دهند که موجب پایداری آنها می‌شود و
شکستن چنین برهمکنشی نیازمند انرژی بالایی است. مولکول‌های آب برای وارد شدن به
درون نانولوله‌های کربنی نیازمند شکسته شدن به قطعات کوچک‌تر هستند که چنین فرآیندی
ظاهرا نباید اتفاق بیافتد چون نیازمند انرژی بالایی است. اما در عمل اتفاق رخ می‌دهد.
گادارد می‌گوید هرچند پیوندها شکسته شده و پایداری کاهش می‌یابد اما در عوض آنتروپی
سیستم افزایش می‌یابد.
آنتروپی یکی از پارامترهایی است که تعیین می‌کند آیا یک فرآیند به‌صورت خود‌به‌خودی
اتفاق بیافتد یا خیر. این موضوع مشخص می‌کند که در یک وضعیت به‌خصوص چه حالت‌های
مختلفی یک ماده می‌تواند داشته باشد. از میان چیدمان‌های مختلف یک سیستم، حالتی که
بیشترین بی‌نظمی و بالاترین آنتروپی را دارد مطلوب‌تر است. اصولا طبیعت به‌سوی بی‌نظمی
گرایش دارد. وقتی مولکول‌های آب به‌صورت ایده‌ال به‌هم پیوند خورده‌اند، پیوندهای
هیدروژنی مولکولها را در یک جا محدود می‌کنند که با این کار آزادی مولکولها محدود
شده و در نهایت آنتروپی کاهش می‌یابد. چیزی که محققان این پروژه دریافتند این بود
که مولکول‌های آب با وارد شدن به‌درون نانولوله‌ها آنتروپی کسب می‌کنند و انرژی
مازاد خود را با شکستن پیوند از دست می‌دهند.
نتایج این تحقیق در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ
رسیده است.
