वैज्ञानिकों ने पानी की एक नई अवस्था की खोज की है

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

स्कूल में विज्ञान की कक्षाओं में हम जो बुनियादी चीजें सीखते हैं, उनमें से एक यह है कि पानी तीन अलग-अलग अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है: ठोस बर्फ, तरल पानी या गैसीय वाष्प। लेकिन हाल ही में, वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने संकेत पाए हैं कि तरल पानी वास्तव में दो अलग-अलग राज्यों में मौजूद हो सकता है।

शोध कार्य करते समय - परिणाम बाद में इंटरनेशनल जर्नल ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी में प्रकाशित हुए - वैज्ञानिकों ने अप्रत्याशित रूप से पाया कि 50 से 60 ℃ के तापमान के साथ पानी में कई गुण बदल जाते हैं। पानी की दूसरी तरल अवस्था के संभावित अस्तित्व के इस संकेत ने वैज्ञानिक हलकों में एक गरमागरम बहस छेड़ दी है। यदि पुष्टि की जाती है, तो खोज नैनो प्रौद्योगिकी और जीव विज्ञान सहित कई क्षेत्रों में आवेदन प्राप्त करेगी।

समग्र अवस्थाएं, जिन्हें "चरण" भी कहा जाता है, परमाणुओं और अणुओं की प्रणालियों के सिद्धांत की प्रमुख अवधारणा हैं। मोटे तौर पर, कई अणुओं से युक्त एक प्रणाली को उसकी कुल ऊर्जा की मात्रा के आधार पर एक निश्चित संख्या में विन्यास के रूप में व्यवस्थित किया जा सकता है। उच्च तापमान पर (और इसलिए उच्च ऊर्जा स्तर पर), अणुओं के लिए अधिक संख्या में विन्यास उपलब्ध होते हैं, अर्थात, वे कम कठोर रूप से व्यवस्थित होते हैं और अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से चलते हैं (गैस चरण)। कम तापमान पर, अणुओं का विन्यास कम होता है और वे अधिक संगठित (तरल) चरण में होते हैं। यदि तापमान और भी कम हो जाता है, तो वे एक निश्चित विन्यास ग्रहण कर लेंगे और एक ठोस बना लेंगे।

कार्बन डाइऑक्साइड या मीथेन जैसे अपेक्षाकृत सरल अणुओं के लिए यह सामान्य स्थिति है, जिसमें तीन अलग-अलग राज्य (तरल, ठोस और गैस) होते हैं। लेकिन अधिक जटिल अणुओं में बड़ी संख्या में संभावित विन्यास होते हैं, जिसका अर्थ है कि चरणों की संख्या बढ़ जाती है। इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण लिक्विड क्रिस्टल का दोहरा व्यवहार है, जो कार्बनिक अणुओं के परिसरों से बनता है और तरल पदार्थ की तरह बह सकता है, लेकिन फिर भी एक ठोस क्रिस्टलीय संरचना बनाए रखता है।

चूंकि किसी पदार्थ के चरण उसके आणविक विन्यास द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, इसलिए जब कोई पदार्थ एक अवस्था से दूसरी अवस्था में जाता है, तो कई भौतिक गुण नाटकीय रूप से बदल जाते हैं। उपरोक्त अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने सामान्य वायुमंडलीय परिस्थितियों (ताकि पानी तरल हो) के तहत 0 और 100 ℃ के बीच पानी के कई नियंत्रण गुणों को मापा। अप्रत्याशित रूप से, उन्होंने लगभग 50 ℃ के तापमान पर पानी की सतह के तनाव और अपवर्तक सूचकांक (सूचकांक जो दर्शाता है कि प्रकाश पानी के माध्यम से कैसे यात्रा करता है) जैसे गुणों में नाटकीय बदलाव पाया।

विशेष संरचना

यह कैसे हो सकता है? पानी के अणु की संरचना, H₂O, बहुत दिलचस्प है और इसे एक प्रकार के तीर के रूप में चित्रित किया जा सकता है, जहां ऑक्सीजन परमाणु शीर्ष पर स्थित होता है, और दो हाइड्रोजन परमाणु इसे किनारों से "साथ" देते हैं। अणुओं में इलेक्ट्रॉनों को विषम रूप से वितरित किया जाता है, यही कारण है कि अणु हाइड्रोजन पक्ष की तुलना में ऑक्सीजन पक्ष से नकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है। यह सरल संरचनात्मक विशेषता इस तथ्य की ओर ले जाती है कि पानी के अणु एक दूसरे के साथ एक निश्चित तरीके से बातचीत करना शुरू करते हैं, उनके विपरीत चार्ज एक तथाकथित हाइड्रोजन बंधन बनाते हैं।

यह कई मामलों में पानी को अन्य साधारण तरल पदार्थों से अलग व्यवहार करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश अन्य पदार्थों के विपरीत, पानी का एक निश्चित द्रव्यमान तरल अवस्था की तुलना में ठोस अवस्था (बर्फ के रूप में) में अधिक स्थान लेता है, इस तथ्य के कारण कि इसके अणु एक विशिष्ट नियमित संरचना बनाते हैं।एक अन्य उदाहरण तरल पानी का पृष्ठ तनाव है, जो अन्य गैर-ध्रुवीय, सरल तरल पदार्थों से दोगुना है।

पानी बहुत सरल है, लेकिन भारी नहीं है। इसका मतलब यह है कि पानी के अतिरिक्त चरण के लिए एकमात्र स्पष्टीकरण जो स्वयं प्रकट हुआ है वह यह है कि यह एक तरल क्रिस्टल की तरह थोड़ा सा व्यवहार करता है। अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड कम तापमान पर एक निश्चित क्रम बनाए रखते हैं, लेकिन वे बढ़ते तापमान के साथ एक और अधिक मुक्त अवस्था में भी आ सकते हैं। यह शोध के दौरान वैज्ञानिकों द्वारा देखे गए महत्वपूर्ण विचलन की व्याख्या करता है।

यदि इसकी पुष्टि हो जाती है, तो लेखकों के निष्कर्षों के कई उपयोग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि पर्यावरण में परिवर्तन (जैसे, तापमान) में किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में परिवर्तन होता है, तो सैद्धांतिक रूप से इसका उपयोग ध्वनि उपकरण बनाने के लिए किया जा सकता है। या आप इसे और अधिक मौलिक रूप से देख सकते हैं - जैविक प्रणाली मुख्य रूप से पानी से बनी होती है। कार्बनिक अणु (जैसे प्रोटीन) एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि पानी के अणु तरल चरण कैसे बनाते हैं। यदि आप समझते हैं कि पानी के अणु विभिन्न तापमानों पर औसतन कैसे व्यवहार करते हैं, तो आप स्पष्ट कर सकते हैं कि वे जैविक प्रणालियों में कैसे परस्पर क्रिया करते हैं।

यह खोज सिद्धांतकारों और प्रयोगकर्ताओं के लिए एक महान अवसर है, साथ ही इस तथ्य का एक उत्कृष्ट उदाहरण है कि सबसे परिचित पदार्थ भी अपने भीतर रहस्य छिपा सकता है।

रोड्रिगो लेडेस्मा एगुइलार