जीवन, जल अणु और स्वर्णिम अनुपात। पानी के अणुओं की संरचना, उनके कनेक्शन और गुण, पानी के अणुओं पर बाहरी भौतिक प्रभावों का प्रभाव बर्फ के अणु की संरचना का चित्रण

जल एक परिचित एवं असामान्य पदार्थ है। हमारे ग्रह की सतह का लगभग 3/4 भाग महासागरों और समुद्रों से घिरा हुआ है। कठोर जल - बर्फ और हिम - भूमि के 20% हिस्से को कवर करता है। ग्रह की जलवायु जल पर निर्भर करती है। ऐसा भूभौतिकीवेत्ताओं का कहना है यदि पानी न होता तो पृथ्वी बहुत पहले ही ठंडी हो गई होती और पत्थर के एक निर्जीव टुकड़े में बदल गई होती।इसकी ऊष्मा क्षमता बहुत अधिक होती है। गर्म होने पर, यह गर्मी को अवशोषित करता है; ठंडा होने पर, वह उसे दे देता है। पृथ्वी का पानी बहुत अधिक गर्मी को अवशोषित और वापस लौटाता है और इस तरह जलवायु को "समान" करता है। और जो चीज़ पृथ्वी को ब्रह्मांडीय ठंड से बचाती है वह पानी के अणु हैं जो वायुमंडल में बिखरे हुए हैं - बादलों में और वाष्प के रूप में।

डीएनए के बाद पानी प्रकृति का सबसे रहस्यमय पदार्थ है,अद्वितीय गुण रखने वाले, जिनकी न केवल अभी तक पूरी तरह से व्याख्या नहीं की गई है, बल्कि सभी ज्ञात नहीं हैं। इसका जितना अधिक अध्ययन किया जाता है, इसमें उतनी ही नई विसंगतियाँ और रहस्य पाए जाते हैं। इनमें से अधिकांश विसंगतियाँ जो पृथ्वी पर जीवन को संभव बनाती हैं, उन्हें पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड की उपस्थिति से समझाया गया है, जो अन्य पदार्थों के अणुओं के बीच वैन डेर वाल्स आकर्षण बल की तुलना में बहुत मजबूत हैं, लेकिन आयनिक और सहसंयोजक की तुलना में कमजोर परिमाण का एक क्रम है। अणुओं में परमाणुओं के बीच बंधन। वही हाइड्रोजन बांड डीएनए अणु में भी मौजूद होते हैं।

पानी के एक अणु (H 2 16 O) में दो हाइड्रोजन परमाणु (H) और एक ऑक्सीजन परमाणु (16 O) होते हैं। यह पता चला है कि पानी के गुणों की लगभग पूरी विविधता और उनकी अभिव्यक्ति की असामान्यता, अंततः, इन परमाणुओं की भौतिक प्रकृति, उनके एक अणु में संयोजित होने के तरीके और परिणामी अणुओं के समूह द्वारा निर्धारित होती है।

चावल। जल के अणु की संरचना . H2O मोनोमर का ज्यामितीय आरेख (ए), फ्लैट मॉडल (बी) और स्थानिक इलेक्ट्रॉनिक संरचना (सी)। ऑक्सीजन परमाणु के बाहरी आवरण में चार इलेक्ट्रॉनों में से दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बनाने में शामिल होते हैं, और अन्य दो अत्यधिक लम्बी इलेक्ट्रॉन कक्षाएँ बनाते हैं, जिनका तल H-O-H तल के लंबवत होता है।

पानी का अणु H2O एक त्रिभुज के रूप में बना है: दो ऑक्सीजन-हाइड्रोजन बंधों के बीच का कोण 104 डिग्री है। लेकिन चूंकि दोनों हाइड्रोजन परमाणु ऑक्सीजन के एक ही तरफ स्थित हैं, इसलिए इसमें विद्युत आवेश बिखरे हुए हैं। पानी का अणु ध्रुवीय होता है, जो इसके विभिन्न अणुओं के बीच विशेष अंतःक्रिया का कारण है। एच 2 ओ अणु में हाइड्रोजन परमाणु, आंशिक सकारात्मक चार्ज वाले, पड़ोसी अणुओं के ऑक्सीजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं। इस रासायनिक बंधन को हाइड्रोजन बंधन कहा जाता है। यह एच 2 ओ अणुओं को स्थानिक संरचना के अद्वितीय सहयोगियों में एकजुट करता है; जिस तल में हाइड्रोजन बांड स्थित हैं वह उसी एच 2 ओ अणु के परमाणुओं के तल के लंबवत है। पानी के अणुओं के बीच की बातचीत मुख्य रूप से इसके पिघलने और उबलने के असामान्य रूप से उच्च तापमान की व्याख्या करती है। हाइड्रोजन बांड को ढीला करने और फिर नष्ट करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आपूर्ति की जानी चाहिए। और यह ऊर्जा बहुत महत्वपूर्ण है. यही कारण है कि पानी की ताप क्षमता इतनी अधिक होती है।

पानी के एक अणु में दो ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन H-O होते हैं। वे दो एक-इलेक्ट्रॉन पी - एक ऑक्सीजन परमाणु के बादलों और एक-इलेक्ट्रॉन एस - दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बादलों के ओवरलैप के कारण बनते हैं।

हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के अनुसार, पानी के एक अणु में चार इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं। उनमें से दो दो हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन के निर्माण में शामिल हैं, अर्थात। बाध्यकारी हैं. अन्य दो इलेक्ट्रॉन जोड़े स्वतंत्र - गैर-बंधन वाले हैं। वे एक इलेक्ट्रॉन बादल बनाते हैं। बादल विषमांगी है - इसमें व्यक्तिगत सांद्रता और विरलन को प्रतिष्ठित किया जा सकता है।

पानी के एक अणु में चार ध्रुव आवेश होते हैं: दो धनात्मक और दो ऋणात्मक। धनात्मक आवेश हाइड्रोजन परमाणुओं पर केंद्रित होते हैं, क्योंकि ऑक्सीजन हाइड्रोजन की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक है। दो नकारात्मक ध्रुव ऑक्सीजन के दो गैर-बंधन इलेक्ट्रॉन जोड़े से आते हैं।

ऑक्सीजन कोर में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन घनत्व निर्मित होता है। ऑक्सीजन की आंतरिक इलेक्ट्रॉन जोड़ी समान रूप से नाभिक को ढाँचा बनाती है: योजनाबद्ध रूप से इसे केंद्र - O 2- नाभिक के साथ एक वृत्त द्वारा दर्शाया जाता है। चार बाहरी इलेक्ट्रॉनों को दो इलेक्ट्रॉन युग्मों में समूहीकृत किया जाता है जो नाभिक की ओर बढ़ते हैं, लेकिन आंशिक रूप से क्षतिपूर्ति नहीं करते हैं। योजनाबद्ध रूप से, इन युग्मों के कुल इलेक्ट्रॉन कक्षकों को एक सामान्य केंद्र - O 2- नाभिक से लम्बी दीर्घवृत्त के रूप में दिखाया गया है। ऑक्सीजन में शेष दो इलेक्ट्रॉनों में से प्रत्येक हाइड्रोजन में एक इलेक्ट्रॉन के साथ युग्मित होता है। ये वाष्प ऑक्सीजन कोर की ओर भी आकर्षित होते हैं। इसलिए, हाइड्रोजन नाभिक - प्रोटॉन - कुछ हद तक नंगे हो जाते हैं, और यहां इलेक्ट्रॉन घनत्व की कमी देखी जाती है।

इस प्रकार, पानी के अणु में चार आवेश ध्रुव होते हैं:दो नकारात्मक (ऑक्सीजन नाभिक के क्षेत्र में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन घनत्व) और दो सकारात्मक (दो हाइड्रोजन नाभिक में इलेक्ट्रॉन घनत्व की कमी)। अधिक स्पष्टता के लिए, हम कल्पना कर सकते हैं कि ध्रुव एक विकृत टेट्राहेड्रोन के शीर्ष पर स्थित हैं, जिसके केंद्र में एक ऑक्सीजन नाभिक है।

चावल। जल के अणु की संरचना: ए - ओ-एच बांड के बीच का कोण; बी - चार्ज ध्रुवों का स्थान; सी - पानी के अणु के इलेक्ट्रॉन बादल की उपस्थिति।

लगभग गोलाकार पानी के अणु में स्पष्ट रूप से स्पष्ट ध्रुवता होती है, क्योंकि इसमें विद्युत आवेश असममित रूप से स्थित होते हैं। प्रत्येक जल अणु 1.87 डेबी के उच्च द्विध्रुव क्षण वाला एक लघु द्विध्रुव है। डिबाई विद्युत द्विध्रुव 3.33564·10 30 C·m की एक ऑफ-सिस्टम इकाई है। जल द्विध्रुवों के प्रभाव में, इसमें डूबे पदार्थ की सतह पर अंतर-परमाणु या अंतर-आणविक बल 80 गुना कमजोर हो जाते हैं। दूसरे शब्दों में, पानी में उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होता है, जो हमें ज्ञात सभी यौगिकों में सबसे अधिक है।

मोटे तौर पर इसके कारण, पानी स्वयं को एक सार्वभौमिक विलायक के रूप में प्रकट करता है। ठोस, तरल पदार्थ और गैसें किसी न किसी स्तर तक इसकी विघटनकारी क्रिया के अधीन हैं।

जल की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता सभी पदार्थों में सबसे अधिक है। इसके अलावा, यह बर्फ की तुलना में 2 गुना अधिक है, जबकि अधिकांश सरल पदार्थों (उदाहरण के लिए, धातु) के लिए ताप क्षमता व्यावहारिक रूप से पिघलने की प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलती है, और बहुपरमाणुक अणुओं से बने पदार्थों के लिए, यह, एक नियम के रूप में, कम हो जाती है। पिघलने के दौरान.

अणु की संरचना की ऐसी समझ पानी के कई गुणों, विशेष रूप से बर्फ की संरचना, की व्याख्या करना संभव बनाती है। बर्फ के क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक अणु चार अन्य से घिरा होता है। एक समतल छवि में, इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

अणुओं के बीच संबंध हाइड्रोजन परमाणु के माध्यम से होता है। पानी के एक अणु का धनावेशित हाइड्रोजन परमाणु दूसरे पानी के अणु के ऋणावेशित ऑक्सीजन परमाणु की ओर आकर्षित होता है। इस बंधन को हाइड्रोजन बंधन कहा जाता है (इसे बिंदुओं द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है)। हाइड्रोजन बंधन की ताकत सहसंयोजक बंधन की तुलना में लगभग 15-20 गुना कमजोर होती है। इसलिए, हाइड्रोजन बंधन आसानी से टूट जाता है, जो देखा जाता है, उदाहरण के लिए, पानी के वाष्पीकरण के दौरान।

चावल। बाएँ - पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन

तरल जल की संरचना बर्फ के समान होती है। तरल पानी में, अणु हाइड्रोजन बांड के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े होते हैं, लेकिन पानी की संरचना बर्फ की तुलना में कम "कठोर" होती है। पानी में अणुओं की तापीय गति के कारण, कुछ हाइड्रोजन बंधन टूट जाते हैं और अन्य बनते हैं।

चावल। बर्फ की क्रिस्टल जाली. इसके नोड्स में पानी के अणु एच 2 ओ (काली गेंदें) स्थित हैं ताकि प्रत्येक के चार "पड़ोसी" हों।

पानी के अणुओं की ध्रुवीयता और उनमें आंशिक रूप से असंतुलित विद्युत आवेशों की उपस्थिति अणुओं को बड़े "समुदायों" - सहयोगियों में समूहित करने की प्रवृत्ति को जन्म देती है। यह पता चला है कि केवल वाष्प अवस्था में पानी ही H2O सूत्र से पूरी तरह मेल खाता है। यह जलवाष्प के आणविक द्रव्यमान के निर्धारण के परिणामों से पता चला। 0 से 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान में, तरल पानी के व्यक्तिगत (मोनोमेरिक अणुओं) की सांद्रता 1% से अधिक नहीं होती है। अन्य सभी पानी के अणुओं को जटिलता की अलग-अलग डिग्री के सहयोगियों में जोड़ा जाता है, और उनकी संरचना सामान्य सूत्र (एच 2 ओ) एक्स द्वारा वर्णित है।

सहयोगियों के निर्माण का प्रत्यक्ष कारण पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन है। वे कुछ अणुओं के हाइड्रोजन नाभिक और अन्य पानी के अणुओं के ऑक्सीजन नाभिक के इलेक्ट्रॉन "संघनन" के बीच उत्पन्न होते हैं। सच है, ये बंधन "मानक" इंट्रामोल्युलर रासायनिक बंधनों की तुलना में दसियों गुना कमजोर हैं, और साधारण आणविक हलचलें उन्हें नष्ट करने के लिए पर्याप्त हैं। लेकिन थर्मल कंपन के प्रभाव में, इस प्रकार के नए कनेक्शन भी आसानी से उत्पन्न हो जाते हैं। सहयोगियों के उद्भव और पतन को निम्नलिखित चित्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

x·H 2 O↔ (H 2 O) x

चूँकि प्रत्येक पानी के अणु में इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स एक टेट्राहेड्रल संरचना बनाते हैं, हाइड्रोजन बांड पानी के अणुओं की व्यवस्था को टेट्राहेड्रल समन्वित सहयोगियों में व्यवस्थित कर सकते हैं।

अधिकांश शोधकर्ता तरल पानी की असामान्य रूप से उच्च ताप क्षमता को इस तथ्य से समझाते हैं कि जब बर्फ पिघलती है, तो इसकी क्रिस्टलीय संरचना तुरंत नष्ट नहीं होती है। तरल पानी में, अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन संरक्षित रहते हैं। इसमें जो कुछ बचा है वह बर्फ के टुकड़े हैं - बड़ी या छोटी संख्या में पानी के अणुओं के सहयोगी। हालाँकि, बर्फ के विपरीत, प्रत्येक सहयोगी लंबे समय तक मौजूद नहीं रहता है। कुछ का विनाश और कुछ सहयोगियों का निर्माण निरंतर होता रहता है। इस प्रक्रिया में पानी में प्रत्येक तापमान मान पर अपना स्वयं का गतिशील संतुलन स्थापित होता है। और जब पानी को गर्म किया जाता है, तो गर्मी का कुछ हिस्सा सहयोगियों में हाइड्रोजन बांड को तोड़ने पर खर्च होता है। इस मामले में, प्रत्येक बंधन को तोड़ने पर 0.26-0.5 eV खर्च होता है। यह अन्य पदार्थों के पिघलने की तुलना में पानी की असामान्य रूप से उच्च ताप क्षमता की व्याख्या करता है जो हाइड्रोजन बांड नहीं बनाते हैं। ऐसे पिघलों को गर्म करने पर ऊर्जा केवल उनके परमाणुओं या अणुओं को तापीय गति प्रदान करने पर खर्च होती है। पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन तभी पूरी तरह टूटते हैं जब पानी भाप में बदल जाता है। इस दृष्टिकोण की सत्यता इस तथ्य से भी संकेतित होती है कि 100°C पर जलवाष्प की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता व्यावहारिक रूप से 0°C पर बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता से मेल खाती है।

नीचे चित्र:

किसी सहयोगी का प्राथमिक संरचनात्मक तत्व एक क्लस्टर है: चावल। एक अलग काल्पनिक जल समूह। अलग-अलग क्लस्टर पानी के अणुओं (एच 2 ओ) एक्स के सहयोगी बनाते हैं: चावल। पानी के अणुओं के समूह सहयोगी बनाते हैं।

पानी की असामान्य रूप से उच्च ताप क्षमता की प्रकृति पर एक और दृष्टिकोण है। प्रोफेसर जी.एन. ज़त्सेपिना ने कहा कि पानी की दाढ़ ताप क्षमता, 18 कैलोरी/(मोलग्रेड) की मात्रा, त्रिपरमाण्विक क्रिस्टल वाले ठोस की सैद्धांतिक दाढ़ ऊष्मा क्षमता के बिल्कुल बराबर है। और डुलोंग और पेटिट के नियम के अनुसार, पर्याप्त उच्च तापमान पर सभी रासायनिक रूप से सरल (मोनोएटोमिक) क्रिस्टलीय निकायों की परमाणु ताप क्षमता समान और 6 calDmol o deg) के बराबर होती है। और ट्रायटोमिक वाले के लिए, जिसके ग्रामोल में 3 एन क्रिस्टल जाली साइटें होती हैं, यह 3 गुना अधिक है। (यहाँ N a अवोगाद्रो की संख्या है)।

इससे यह पता चलता है कि पानी एक क्रिस्टलीय पिंड है, जिसमें त्रिपरमाणुक एच 2 0 अणु होते हैं। यह पानी के सामान्य विचार से मेल खाता है, जो कि मुक्त एच 2 ओ पानी के अणुओं के एक छोटे मिश्रण के साथ क्रिस्टल जैसे सहयोगियों का मिश्रण है। इनके बीच, जिनकी संख्या बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है। इस दृष्टिकोण से, जो आश्चर्यजनक है वह तरल पानी की उच्च ताप क्षमता नहीं है, बल्कि ठोस बर्फ की कम ताप क्षमता है। जमने के दौरान पानी की विशिष्ट ताप क्षमता में कमी को बर्फ के कठोर क्रिस्टल जाली में परमाणुओं के अनुप्रस्थ थर्मल कंपन की अनुपस्थिति से समझाया गया है, जहां हाइड्रोजन बंधन का कारण बनने वाले प्रत्येक प्रोटॉन में थर्मल कंपन के लिए तीन के बजाय केवल एक डिग्री की स्वतंत्रता होती है। .

लेकिन दबाव में परिवर्तन के बिना पानी की ताप क्षमता में इतना बड़ा परिवर्तन किस कारण और कैसे हो सकता है? इस सवाल का जवाब जानने के लिए आइए मिलते हैं पानी की संरचना के बारे में भूवैज्ञानिक और खनिज विज्ञान के उम्मीदवार यू. ए. कोल्यास्निकोव की परिकल्पना के साथ।

वह बताते हैं कि हाइड्रोजन बांड के खोजकर्ता जे. बर्नाल और आर. फाउलर ने 1932 में तरल पानी की संरचना की तुलना क्वार्ट्ज की क्रिस्टलीय संरचना से की थी और ऊपर उल्लिखित सहयोगी मुख्य रूप से 4H 2 0 टेट्रामर्स हैं, जिनमें चार हैं पानी के अणु बारह आंतरिक हाइड्रोजन बंधों के साथ एक कॉम्पैक्ट टेट्राहेड्रोन में जुड़े होते हैं। परिणामस्वरूप, एक चतुष्फलक बनता है।

साथ ही, इन टेट्रामर्स में हाइड्रोजन बांड दाएं हाथ और बाएं हाथ दोनों अनुक्रम बना सकते हैं, जैसे व्यापक क्वार्ट्ज (Si0 2) के क्रिस्टल, जिसमें टेट्राहेड्रल संरचना भी होती है, दाएं और बाएं हाथ के क्रिस्टल रूपों में आते हैं . चूँकि ऐसे प्रत्येक जल टेट्रामर में चार अप्रयुक्त बाहरी हाइड्रोजन बांड (एक पानी के अणु की तरह) भी होते हैं, टेट्रामर्स को इन बाहरी बांडों द्वारा डीएनए अणु की तरह एक प्रकार की बहुलक श्रृंखलाओं में जोड़ा जा सकता है। और चूंकि केवल चार बाहरी बंधन हैं, और 3 गुना अधिक आंतरिक बंधन हैं, यह तरल पानी में भारी और मजबूत टेट्रामर्स को थर्मल कंपन से कमजोर इन बाहरी हाइड्रोजन बांड को मोड़ने, मोड़ने और यहां तक ​​​​कि तोड़ने की अनुमति देता है। यह पानी की तरलता निर्धारित करता है।

कोल्यास्निकोव के अनुसार, पानी की यह संरचना केवल तरल अवस्था में और संभवतः आंशिक रूप से वाष्प अवस्था में होती है। लेकिन बर्फ में, जिसकी क्रिस्टल संरचना का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है, टेट्राहाइड्रॉल एक दूसरे से अनम्य, समान रूप से मजबूत प्रत्यक्ष हाइड्रोजन बांड द्वारा एक ओपनवर्क फ्रेम में बड़े रिक्त स्थान के साथ जुड़े हुए हैं, जिससे बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से कम हो जाता है। .

चावल। बर्फ की क्रिस्टल संरचना: पानी के अणु नियमित षट्भुज में जुड़े होते हैं

जब बर्फ पिघलती है, तो उसमें मौजूद कुछ हाइड्रोजन बंधन कमजोर हो जाते हैं और मुड़ जाते हैं, जिससे ऊपर वर्णित टेट्रामर्स में संरचना का पुनर्गठन होता है और तरल पानी बर्फ की तुलना में अधिक घना हो जाता है। 4°C पर, एक ऐसी स्थिति उत्पन्न होती है जब टेट्रामर्स के बीच सभी हाइड्रोजन बांड अधिकतम रूप से मुड़ जाते हैं, जो इस तापमान पर पानी का अधिकतम घनत्व निर्धारित करता है। आगे जाने के लिए कनेक्शन के लिए कोई जगह नहीं है।

4°C से ऊपर के तापमान पर, टेट्रामर्स के बीच अलग-अलग बंधन टूटने लगते हैं, और 36-37°C पर, आधे बाहरी हाइड्रोजन बांड टूट जाते हैं। यह तापमान बनाम पानी की विशिष्ट ताप क्षमता के वक्र पर न्यूनतम निर्धारित करता है। 70 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, लगभग सभी इंटरटेट्रामर बंधन टूट जाते हैं, और मुक्त टेट्रामर्स के साथ, उनकी "पॉलिमर" श्रृंखलाओं के केवल छोटे टुकड़े ही पानी में रहते हैं। अंत में, जब पानी उबलता है, तो अब एकल टेट्रामर्स का अलग-अलग एच 2 0 अणुओं में अंतिम रूप से टूटना होता है और तथ्य यह है कि पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी पिघलने वाली बर्फ और उसके बाद के हीटिंग की विशिष्ट गर्मी के योग से ठीक 3 गुना अधिक है। 100 डिग्री सेल्सियस तक पानी के बारे में कोल्यास्निकोव की धारणा की पुष्टि होती है। टेट्रामर में आंतरिक बंधों की संख्या बाहरी बंधों की संख्या से 3 गुना अधिक होती है।

पानी की यह टेट्राहेड्रल-हेलिकल संरचना क्वार्ट्ज और अन्य सिलिकॉन-ऑक्सीजन खनिजों के साथ इसके प्राचीन रियोलॉजिकल संबंध के कारण हो सकती है जो पृथ्वी की पपड़ी में प्रबल होते हैं, जिसकी गहराई से पानी एक बार पृथ्वी पर दिखाई देता था। जिस तरह नमक का एक छोटा सा क्रिस्टल अपने आस-पास के घोल को समान क्रिस्टल में क्रिस्टलीकृत करता है, दूसरों में नहीं, उसी तरह क्वार्ट्ज ने पानी के अणुओं को टेट्राहेड्रल संरचनाओं में पंक्तिबद्ध कर दिया, जो ऊर्जावान रूप से सबसे अनुकूल हैं। और हमारे युग में, पृथ्वी के वायुमंडल में, जल वाष्प, बूंदों में संघनित होकर, ऐसी संरचना बनाता है क्योंकि वायुमंडल में हमेशा एरोसोल पानी की छोटी बूंदें होती हैं जिनमें पहले से ही यह संरचना होती है। ये वायुमंडल में जलवाष्प के संघनन के केंद्र हैं। टेट्राहेड्रोन पर आधारित संभावित श्रृंखला सिलिकेट संरचनाएं नीचे दी गई हैं, जो पानी के टेट्राहेड्रा से भी बनी हो सकती हैं।

चावल। प्राथमिक नियमित सिलिकॉन-ऑक्सीजन टेट्राहेड्रोन SiO 4 4-।

चावल। प्राथमिक सिलिकॉन-ऑक्सीजन इकाइयां-ऑर्थोग्रुप्स SiO 4 4- एमजी-पाइरोक्सिन एनस्टैटाइट (ए) और डायऑर्थो समूह सी 2 ओ 7 6- की संरचना में सीए-पाइरोक्सेनॉइड वोलास्टोनाइट (बी) में।

चावल। द्वीप सिलिकॉन-ऑक्सीजन आयनिक समूहों के सबसे सरल प्रकार: a-SiO 4, b-Si 2 O 7, c-Si 3 O 9, d-Si 4 O 12, d-Si 6 O 18।

चावल। नीचे - सिलिकॉन-ऑक्सीजन श्रृंखला आयनिक समूहों के सबसे महत्वपूर्ण प्रकार (बेलोव के अनुसार): ए-मेटागर्मनेट, बी - पाइरोक्सिन, सी - बाथीसाइट, डी-वोलास्टोनाइट, डी-व्लासोवाइट, ई-मेलिलाइट, एफ-रोडोनाइट, जेड-पाइरॉक्समैंगाइट , आई-मेटाफॉस्फेट, के - फ्लोरोबेरीलेट, एल - बेरिलाइट।

चावल। नीचे - पाइरोक्सिन सिलिकॉन-ऑक्सीजन आयनों का मधुकोश दो-पंक्ति उभयचर (ए), तीन-पंक्ति उभयचर-जैसे (बी), स्तरित टैल्क और संबंधित आयनों (सी) में संघनन।

चावल। नीचे - बैंडेड सिलिकॉन-ऑक्सीजन समूहों के सबसे महत्वपूर्ण प्रकार (बेलोव के अनुसार): ए - सिलिमेनाइट, एम्फिबोल, एक्सोनोटलाइट; बी-एपिडीडिमाइटिस; β-ऑर्थोक्लेज़; जी-नारसार्सुकाइट; डी-फेनासाइट प्रिज्मीय; ई-यूक्लेज़ जड़ा हुआ।

चावल। दाईं ओर - मस्कोवाइट KAl 2 (AlSi 3 O 10 XOH) 2 की स्तरित क्रिस्टल संरचना का एक टुकड़ा (प्राथमिक पैकेज), बड़े एल्यूमीनियम और पोटेशियम धनायनों की पॉलीहेड्रल परतों के साथ एल्यूमीनियम-सिलिकॉन-ऑक्सीजन नेटवर्क की इंटरलेयरिंग को दर्शाता है, जो इसकी याद दिलाता है एक डीएनए श्रृंखला.

जल संरचना के अन्य मॉडल भी संभव हैं। चतुष्फलकीय रूप से बंधे पानी के अणु काफी स्थिर संरचना की अनोखी श्रृंखलाएँ बनाते हैं। शोधकर्ता जल द्रव्यमान के "आंतरिक संगठन" के तेजी से सूक्ष्म और जटिल तंत्र को उजागर कर रहे हैं। बर्फ जैसी संरचना, तरल पानी और मोनोमर अणुओं के अलावा, संरचना का एक तीसरा तत्व भी वर्णित है - गैर-टेट्राहेड्रल।

पानी के अणुओं का एक निश्चित हिस्सा त्रि-आयामी ढांचे में नहीं, बल्कि रैखिक वलय संघों में जुड़ा होता है। वलय, जब समूहीकृत होते हैं, तो सहयोगियों के और भी अधिक जटिल परिसरों का निर्माण करते हैं।

इस प्रकार, पानी सैद्धांतिक रूप से डीएनए अणु की तरह श्रृंखलाएं बना सकता है, जैसा कि नीचे चर्चा की जाएगी। इस परिकल्पना के बारे में एक और दिलचस्प बात यह है कि यह दाएं और बाएं हाथ के पानी के अस्तित्व की समान संभावना को दर्शाता है। लेकिन जीवविज्ञानियों ने लंबे समय से देखा है कि जैविक ऊतकों और संरचनाओं में केवल बाएं या दाएं हाथ की संरचनाएं देखी जाती हैं। इसका एक उदाहरण प्रोटीन अणु हैं, जो केवल बाएं हाथ के अमीनो एसिड से निर्मित होते हैं और केवल बाएं हाथ के सर्पिल में मुड़े होते हैं। लेकिन प्रकृति में शर्करा सभी दाहिने हाथ की होती हैं। कोई भी अभी तक यह समझाने में सक्षम नहीं हो पाया है कि जीवित प्रकृति में कुछ मामलों में बाईं ओर और दूसरों में दाईं ओर को इतनी प्राथमिकता क्यों है। दरअसल, निर्जीव प्रकृति में दाएं हाथ और बाएं हाथ दोनों के अणु समान संभावना के साथ पाए जाते हैं।

सौ साल से भी पहले, प्रसिद्ध फ्रांसीसी प्रकृतिवादी लुई पाश्चर ने पाया कि पौधों और जानवरों में कार्बनिक यौगिक ऑप्टिकली असममित होते हैं - वे उन पर पड़ने वाले प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान को घुमाते हैं। सभी अमीनो एसिड जो जानवरों और पौधों को बनाते हैं, ध्रुवीकरण के विमान को बाईं ओर घुमाते हैं, और सभी शर्करा दाईं ओर घूमते हैं। यदि हम समान रासायनिक संरचना वाले यौगिकों को संश्लेषित करते हैं, तो उनमें से प्रत्येक में बाएं और दाएं हाथ के अणुओं की समान संख्या होगी।

जैसा कि आप जानते हैं, सभी जीवित जीव प्रोटीन से बने होते हैं, और वे, बदले में, अमीनो एसिड से बने होते हैं। विभिन्न अनुक्रमों में एक दूसरे के साथ संयोजन करके, अमीनो एसिड लंबी पेप्टाइड श्रृंखला बनाते हैं जो स्वचालित रूप से जटिल प्रोटीन अणुओं में "मुड़" जाते हैं। कई अन्य कार्बनिक यौगिकों की तरह, अमीनो एसिड में चिरल समरूपता होती है (ग्रीक काइरोस - हाथ से), यानी, वे दो दर्पण-सममित रूपों में मौजूद हो सकते हैं जिन्हें "एनेंटिओमर्स" कहा जाता है। ऐसे अणु एक-दूसरे के समान होते हैं, जैसे बाएँ और दाएँ हाथ, इसलिए उन्हें D- और L-अणु कहा जाता है (लैटिन डेक्सटर से, लेवस - दाएँ और बाएँ)।

अब आइए कल्पना करें कि बाएँ और दाएँ अणुओं वाला एक माध्यम केवल बाएँ या केवल दाएँ अणुओं वाली अवस्था में चला गया है। विशेषज्ञ ऐसे वातावरण को चिरली (ग्रीक शब्द "चीरा" से - हाथ से) कहते हैं। जीवित चीजों का स्व-प्रजनन (बायोपोइज़िस - जैसा कि डी. बर्नाल द्वारा परिभाषित किया गया है) केवल ऐसे वातावरण में ही उत्पन्न और कायम रह सकता है।

चावल। प्रकृति में दर्पण समरूपता

एनैन्टीओमर अणुओं का दूसरा नाम - "डेक्सट्रोरोटेटरी" और "लेवरोटेटरी" - विभिन्न दिशाओं में प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान को घुमाने की उनकी क्षमता से आता है। यदि रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश को ऐसे अणुओं के समाधान के माध्यम से पारित किया जाता है, तो इसके ध्रुवीकरण का तल घूमता है: यदि समाधान में अणु दाएं हाथ के हैं तो दक्षिणावर्त, और यदि समाधान में अणु बाएं हाथ के हैं तो वामावर्त। और समान मात्रा में डी- और एल-फॉर्म (जिसे "रेसमेट" कहा जाता है) के मिश्रण में, प्रकाश अपने मूल रैखिक ध्रुवीकरण को बनाए रखेगा। चिरल अणुओं की इस ऑप्टिकल संपत्ति की खोज सबसे पहले 1848 में लुई पाश्चर ने की थी।

यह दिलचस्प है कि लगभग सभी प्राकृतिक प्रोटीन में केवल बाएं हाथ के अमीनो एसिड होते हैं। यह तथ्य और भी अधिक आश्चर्यजनक है क्योंकि प्रयोगशाला स्थितियों में अमीनो एसिड के संश्लेषण से दाएं और बाएं हाथ के अणुओं की लगभग समान संख्या उत्पन्न होती है। यह पता चला है कि न केवल अमीनो एसिड में यह विशेषता है, बल्कि जीवित प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण कई अन्य पदार्थ भी हैं, और प्रत्येक के पास पूरे जीवमंडल में दर्पण समरूपता का एक कड़ाई से परिभाषित संकेत है। उदाहरण के लिए, शर्करा जो कई न्यूक्लियोटाइड का हिस्सा हैं, साथ ही न्यूक्लिक एसिड डीएनए और आरएनए, शरीर में विशेष रूप से दाएं हाथ के डी-अणुओं द्वारा दर्शाए जाते हैं। यद्यपि "मिरर एंटीपोड्स" के भौतिक और रासायनिक गुण समान हैं, जीवों में उनकी शारीरिक गतिविधि अलग है: एल-कैक्सारा अवशोषित नहीं होता है, एल-फेनिलएलनिन, इसके हानिरहित डी-अणुओं के विपरीत, मानसिक बीमारी का कारण बनता है, आदि।

पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति के बारे में आधुनिक विचारों के अनुसार, कार्बनिक अणुओं द्वारा एक निश्चित प्रकार की दर्पण समरूपता का चुनाव उनके अस्तित्व और उसके बाद के आत्म-प्रजनन के लिए मुख्य शर्त के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, एक या दूसरे दर्पण एंटीपोड का विकासवादी चयन कैसे और क्यों हुआ, यह सवाल अभी भी विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक बना हुआ है।

सोवियत वैज्ञानिक एल.एल. मोरोज़ोव ने साबित किया कि चिरल क्रम में संक्रमण विकासात्मक रूप से नहीं हो सकता, बल्कि केवल कुछ विशिष्ट तीव्र चरण परिवर्तन के साथ ही हो सकता है। शिक्षाविद् वी.आई. गोल्डान्स्की ने इस संक्रमण को, जिसके कारण पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति हुई, चिरल प्रलय कहा।

उस चरणीय आपदा के लिए परिस्थितियाँ कैसे उत्पन्न हुईं जो चिरल संक्रमण का कारण बनीं?

सबसे महत्वपूर्ण बात यह थी कि कार्बनिक यौगिक पृथ्वी की पपड़ी में 800-1000 0C पर पिघलते थे, और ऊपरी हिस्से अंतरिक्ष के तापमान, यानी परम शून्य तक ठंडे हो जाते थे। तापमान का अंतर 1000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया। ऐसी परिस्थितियों में, उच्च तापमान के प्रभाव में कार्बनिक अणु पिघल गए और यहां तक ​​कि पूरी तरह से नष्ट हो गए, और शीर्ष ठंडा रहा क्योंकि कार्बनिक अणु जमे हुए थे। पृथ्वी की पपड़ी से रिसने वाली गैसों और जल वाष्प ने कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना को बदल दिया। गैसें अपने साथ गर्मी ले जाती हैं, जिससे कार्बनिक परत की पिघलने की रेखा ऊपर और नीचे चलती है, जिससे एक ढाल बनती है।

बहुत कम वायुमंडलीय दबाव पर, पानी पृथ्वी की सतह पर केवल भाप और बर्फ के रूप में था। जब दबाव पानी के तथाकथित त्रिगुण बिंदु (0.006 वायुमंडल) तक पहुंच गया, तो पानी पहली बार तरल के रूप में मौजूद हो सका।

बेशक, केवल प्रयोगात्मक रूप से ही कोई यह साबित कर सकता है कि वास्तव में चिरल संक्रमण का कारण क्या है: स्थलीय या ब्रह्मांडीय कारण। लेकिन एक तरह से या किसी अन्य, कुछ बिंदु पर, चिरली ऑर्डर किए गए अणु (अर्थात्, लेवरोटेटरी अमीनो एसिड और डेक्सट्रोटोटरी शर्करा) अधिक स्थिर हो गए और उनकी संख्या में एक अजेय वृद्धि शुरू हुई - एक चिरल संक्रमण।

ग्रह का इतिहास यह भी बताता है कि उस समय पृथ्वी पर कोई पहाड़ या अवसाद नहीं थे। अर्ध-पिघली हुई ग्रेनाइटिक परत आधुनिक महासागर के स्तर जितनी चिकनी सतह प्रस्तुत करती है। हालाँकि, इस मैदान के भीतर पृथ्वी के भीतर द्रव्यमान के असमान वितरण के कारण अभी भी अवसाद थे। इन कटौतियों ने अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

तथ्य यह है कि सैकड़ों या यहां तक ​​कि हजारों किलोमीटर तक फैले और सौ मीटर से अधिक गहरे सपाट तल वाले गड्ढे शायद जीवन का उद्गम स्थल बन गए। आख़िरकार, ग्रह की सतह पर एकत्र पानी उनमें प्रवाहित हुआ। पानी ने राख की परत में चिरल कार्बनिक यौगिकों को पतला कर दिया। यौगिक की रासायनिक संरचना धीरे-धीरे बदल गई और तापमान स्थिर हो गया। निर्जीव से सजीव की ओर संक्रमण, जो निर्जल परिस्थितियों में शुरू हुआ, जलीय वातावरण में भी जारी रहा।

क्या यही जीवन की उत्पत्ति का कथानक है? सबसे अधिक संभावना हां। इसुआ (पश्चिमी ग्रीनलैंड) के भूवैज्ञानिक खंड में, जो 3.8 अरब वर्ष पुराना है, प्रकाश संश्लेषक मूल के कार्बन की सी12/सी13 आइसोटोप अनुपात विशेषता वाले गैसोलीन और तेल जैसे यौगिक पाए गए थे।

यदि इसुआ खंड से कार्बन यौगिकों की जैविक प्रकृति की पुष्टि की जाती है, तो यह पता चलता है कि पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति की पूरी अवधि - चिरल कार्बनिक पदार्थ के उद्भव से लेकर प्रकाश संश्लेषण और प्रजनन में सक्षम कोशिका की उपस्थिति तक - थी केवल सौ मिलियन वर्षों में पूरा हुआ। और इस प्रक्रिया में पानी के अणुओं और डीएनए ने बहुत बड़ी भूमिका निभाई।

पानी की संरचना के बारे में सबसे आश्चर्यजनक बात यह है कि नैनोट्यूब के अंदर कम नकारात्मक तापमान और उच्च दबाव पर पानी के अणु डीएनए की याद दिलाते हुए डबल हेलिक्स आकार में क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं। यह नेब्रास्का विश्वविद्यालय (यूएसए) में जिओ चेंग ज़ेंग के नेतृत्व में अमेरिकी वैज्ञानिकों के कंप्यूटर प्रयोगों से सिद्ध हुआ।

डीएनए एक सर्पिल में मुड़ा हुआ एक डबल स्ट्रैंड है।प्रत्येक धागे में "ईंटें" होती हैं - श्रृंखला में जुड़े न्यूक्लियोटाइड। डीएनए के प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में चार नाइट्रोजनस आधारों में से एक होता है - गुआनिन (जी), एडेनिन (ए) (प्यूरीन), थाइमिन (टी) और साइटोसिन (सी) (पाइरीमिडीन), डीऑक्सीराइबोज से जुड़े होते हैं, बदले में, एक फॉस्फेट समूह संलग्न है. पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड 3"-हाइड्रॉक्सिल (3"-OH) और 5"-फॉस्फेट समूहों (5"-PO3) द्वारा गठित फॉस्फोडाइस्टर बंधन द्वारा एक श्रृंखला में एक दूसरे से जुड़े होते हैं। यह गुण डीएनए में ध्रुवता की उपस्थिति को निर्धारित करता है, अर्थात। विपरीत दिशाएँ, अर्थात् 5" और 3" सिरे: एक धागे का 5" सिरा दूसरे धागे के 3" सिरे से मेल खाता है। न्यूक्लियोटाइड्स का अनुक्रम आपको विभिन्न प्रकार के आरएनए के बारे में जानकारी को "एनकोड" करने की अनुमति देता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण मैसेंजर या टेम्पलेट (एमआरएनए), राइबोसोमल (आरआरएनए) और ट्रांसपोर्ट (टीआरएनए) हैं। इन सभी प्रकार के आरएनए को प्रतिलेखन के दौरान संश्लेषित आरएनए अनुक्रम में डीएनए अनुक्रम की प्रतिलिपि बनाकर डीएनए टेम्पलेट पर संश्लेषित किया जाता है और जीवन की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया - सूचना के हस्तांतरण और प्रतिलिपि (अनुवाद) में भाग लेते हैं।

डीएनए की प्राथमिक संरचना एक श्रृंखला में डीएनए न्यूक्लियोटाइड का रैखिक अनुक्रम है। डीएनए श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड का अनुक्रम एक अक्षर डीएनए सूत्र के रूप में लिखा जाता है: उदाहरण के लिए - AGTCATGCCAG, प्रविष्टि डीएनए श्रृंखला के 5" से 3" अंत तक की जाती है।

डीएनए की द्वितीयक संरचना न्यूक्लियोटाइड्स (ज्यादातर नाइट्रोजनस बेस) के एक दूसरे, हाइड्रोजन बांड के साथ परस्पर क्रिया के कारण बनती है। डीएनए द्वितीयक संरचना का एक उत्कृष्ट उदाहरण डीएनए डबल हेलिक्स है। डीएनए डबल हेलिक्स प्रकृति में डीएनए का सबसे सामान्य रूप है, जिसमें डीएनए की दो पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएं शामिल हैं। प्रत्येक नई डीएनए श्रृंखला का निर्माण संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार किया जाता है, अर्थात। एक डीएनए श्रृंखला का प्रत्येक नाइट्रोजनस आधार दूसरी श्रृंखला के कड़ाई से परिभाषित आधार से मेल खाता है: एक पूरक जोड़ी में, विपरीत ए टी है, और विपरीत जी सी है, आदि।

पानी को एक सर्पिल बनाने के लिए, इस तरह, एक सिम्युलेटेड प्रयोग में इसे उच्च दबाव के तहत नैनोट्यूब में "रखा" गया था, विभिन्न प्रयोगों में 10 से 40,000 वायुमंडल तक अलग-अलग। इसके बाद तापमान सेट किया गया, जिसका मान -23°C था। पानी के हिमांक की तुलना में मार्जिन इस तथ्य के कारण बनाया गया था कि बढ़ते दबाव के साथ पानी की बर्फ का पिघलने बिंदु कम हो जाता है। नैनोट्यूब का व्यास 1.35 से 1.90 एनएम तक था।

चावल। पानी की संरचना का सामान्य दृश्य (न्यू साइंटिस्ट द्वारा छवि)

पानी के अणु हाइड्रोजन बांड के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े होते हैं, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच की दूरी 96 बजे होती है, और दो हाइड्रोजन के बीच - 150 बजे होती है। ठोस अवस्था में, ऑक्सीजन परमाणु पड़ोसी पानी के अणुओं के साथ दो हाइड्रोजन बांड के निर्माण में भाग लेता है। इस मामले में, अलग-अलग H 2 O अणु विपरीत ध्रुवों के साथ एक दूसरे के संपर्क में आते हैं। इस प्रकार, परतें बनती हैं जिनमें प्रत्येक अणु अपनी परत के तीन अणुओं से और एक पड़ोसी से जुड़ा होता है। परिणामस्वरूप, बर्फ की क्रिस्टल संरचना में छत्ते की तरह आपस में जुड़े हुए हेक्सागोनल "ट्यूब" होते हैं।

चावल। जल संरचना की भीतरी दीवार (नई वैज्ञानिक छवि)

वैज्ञानिकों को यह देखने की उम्मीद थी कि सभी मामलों में पानी एक पतली ट्यूबलर संरचना बनाता है। हालाँकि, मॉडल से पता चला कि 1.35 एनएम के ट्यूब व्यास और 40,000 वायुमंडल के दबाव पर, हाइड्रोजन बांड मुड़ गए थे, जिससे एक दोहरी दीवार वाले हेलिक्स का निर्माण हुआ। इस संरचना की आंतरिक दीवार एक चतुर्भुज हेलिक्स है, और बाहरी दीवार में डीएनए अणु की संरचना के समान चार डबल हेलिक्स होते हैं।

बाद वाला तथ्य न केवल पानी के बारे में हमारे विचारों के विकास पर, बल्कि प्रारंभिक जीवन और डीएनए अणु के विकास पर भी छाप छोड़ता है। यदि हम यह मान लें कि जीवन की उत्पत्ति के युग में, क्रायोलाइट मिट्टी की चट्टानों में नैनोट्यूब का आकार था, तो सवाल उठता है: क्या उनमें जमा हुआ पानी डीएनए संश्लेषण और सूचना पढ़ने के लिए संरचनात्मक आधार (मैट्रिक्स) के रूप में काम कर सकता है? शायद यही कारण है कि डीएनए की पेचदार संरचना नैनोट्यूब में पानी की पेचदार संरचना को दोहराती है। जैसा कि न्यू साइंटिस्ट पत्रिका की रिपोर्ट है, अब हमारे विदेशी सहयोगियों को इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी और न्यूट्रॉन स्कैटरिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके वास्तविक प्रायोगिक स्थितियों के तहत ऐसे जल मैक्रोमोलेक्यूल्स के अस्तित्व की पुष्टि करनी होगी।

पीएच.डी. ओ.वी. मोसिन

यह समझने के लिए कि बर्फ के टुकड़े इतने सुंदर क्यों दिखते हैं, हमें एक बर्फ के क्रिस्टल के जीवन इतिहास पर विचार करने की आवश्यकता है।

जलवाष्प के ठोस अवस्था में परिवर्तित होने के कारण बादल में बर्फ के टुकड़े -15 डिग्री पर बनते हैं। बर्फ के टुकड़ों के निर्माण का आधार छोटे धूल के कण या बर्फ के सूक्ष्म टुकड़े होते हैं, जो उन पर पानी के अणुओं के संघनन के लिए केंद्रक के रूप में काम करते हैं। क्रिस्टलीकरण केंद्रक वह जगह है जहां बर्फ के टुकड़ों का निर्माण शुरू होता है।

अधिक से अधिक पानी के अणु कुछ स्थानों पर बढ़ते बर्फ के टुकड़े से जुड़ते हैं, जिससे इसे एक विशिष्ट षट्कोणीय आकार मिलता है। ठोस जल की संरचना की कुंजी उसके अणु की संरचना में निहित है, जिसकी कल्पना बस एक चतुष्फलक के रूप में की जा सकती है - त्रिकोणीय आधार वाला एक पिरामिड जिसमें केवल 60° और 120° के कोण संभव हैं। केंद्र में ऑक्सीजन है, दो शीर्षों पर हाइड्रोजन है, या अधिक सटीक रूप से, एक प्रोटॉन है, जिसके इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ सहसंयोजक बंधन के निर्माण में शामिल होते हैं। शेष दो शीर्षों पर ऑक्सीजन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के जोड़े का कब्जा है, जो इंट्रामोल्युलर बॉन्ड के निर्माण में भाग नहीं लेते हैं, यही कारण है कि उन्हें लोन कहा जाता है।

स्नोफ्लेक बर्फ का एक एकल क्रिस्टल है, जो हेक्सागोनल क्रिस्टल की थीम पर एक भिन्नता है, लेकिन वह जो गैर-संतुलन स्थितियों के तहत तेजी से बढ़ता है। कुछ परिस्थितियों में, बर्फ के षट्भुज अपनी धुरी के साथ तीव्रता से बढ़ते हैं, और फिर लम्बी बर्फ के टुकड़े बनते हैं - स्तंभ बर्फ के टुकड़े, सुई बर्फ के टुकड़े। अन्य परिस्थितियों में, षट्भुज मुख्य रूप से अपनी धुरी के लंबवत दिशाओं में बढ़ते हैं, और फिर षट्कोणीय प्लेटों या षट्कोणीय तारों के रूप में बर्फ के टुकड़े बनते हैं।

पानी की एक बूंद जम कर गिरती हुई बर्फ के टुकड़े का रूप ले सकती है, जिसके परिणामस्वरूप अनियमित आकार के बर्फ के टुकड़े बन सकते हैं। यह आम धारणा ग़लत है कि बर्फ़ के टुकड़े आवश्यक रूप से षटकोणीय तारों के आकार के होते हैं। बर्फ के टुकड़ों के आकार बहुत विविध होते हैं।

खगोलशास्त्री जोहान्स केपलर ने 1611 में "ऑन हेक्सागोनल स्नोफ्लेक्स" नामक एक संपूर्ण ग्रंथ लिखा। 1665 में, रॉबर्ट हुक ने विभिन्न आकृतियों के बर्फ के टुकड़ों के कई चित्र देखने और प्रकाशित करने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। माइक्रोस्कोप के तहत बर्फ के टुकड़े की पहली सफल तस्वीर 1885 में अमेरिकी किसान विल्सन बेंटले द्वारा ली गई थी। बेंटले के सबसे प्रसिद्ध अनुयायी उकिहिरो नाकाया और अमेरिकी भौतिक विज्ञानी केनेथ लिबब्रेक्ट हैं। नाकाया ने सबसे पहले सुझाव दिया था कि बर्फ के टुकड़ों का आकार और आकार हवा के तापमान और नमी की मात्रा पर निर्भर करता है, और प्रयोगशाला में विभिन्न आकृतियों के बर्फ के क्रिस्टल को उगाकर प्रयोगात्मक रूप से इस परिकल्पना की शानदार ढंग से पुष्टि की। और कैल्टेक में लिबब्रेक्ट अभी भी पूरे दिन बर्फ के टुकड़े उगाने में व्यस्त है। वैज्ञानिक, फोटोग्राफर पेट्रीसिया रासमुसेन के साथ मिलकर एक पुस्तक प्रकाशित करने की योजना बना रहे हैं जिसमें सबसे अधिक फोटोजेनिक बर्फ के टुकड़े शामिल होंगे, जिनमें से कुछ पहले से ही उनकी वेबसाइट स्नोक्रिस्टल.कॉम पर देखे जा सकते हैं। .

बर्फ के टुकड़े की संरचना में एक और रहस्य निहित है। इसमें व्यवस्था और अराजकता एक साथ विद्यमान रहती हैं। उत्पादन स्थितियों के आधार पर, ठोस या तो क्रिस्टलीय (जब परमाणुओं का क्रम होता है) या अनाकार (जब परमाणु एक यादृच्छिक नेटवर्क बनाते हैं) अवस्था में होना चाहिए। स्नोफ्लेक्स में एक हेक्सागोनल जाली होती है, जिसमें ऑक्सीजन परमाणु व्यवस्थित तरीके से व्यवस्थित होते हैं, जिससे नियमित हेक्सागोन बनते हैं, और हाइड्रोजन परमाणु यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित होते हैं। हालाँकि, क्रिस्टल जाली की संरचना और बर्फ के टुकड़े के आकार के बीच संबंध, जो पानी के अणु से दस लाख गुना बड़ा है, स्पष्ट नहीं है: यदि पानी के अणुओं को यादृच्छिक क्रम में क्रिस्टल से जोड़ा गया था, तो बर्फ के टुकड़े का आकार स्पष्ट नहीं है। बर्फ का टुकड़ा अनियमित होगा. यह सब जाली में अणुओं के अभिविन्यास और मुक्त हाइड्रोजन बांड की व्यवस्था के बारे में है, जो चिकनी किनारों के निर्माण में योगदान देता है।

जलवाष्प के अणुओं के चिकने किनारों से चिपके रहने के बजाय रिक्त स्थान को भरने की अधिक संभावना होती है क्योंकि रिक्त स्थान में अधिक मुक्त हाइड्रोजन बंधन होते हैं। परिणामस्वरूप, बर्फ के टुकड़े चिकने किनारों वाले नियमित षट्कोणीय प्रिज्म का आकार ले लेते हैं। ऐसे प्रिज्म विभिन्न प्रकार की तापमान स्थितियों में अपेक्षाकृत कम वायु आर्द्रता के साथ आकाश से गिरते हैं।

देर-सबेर किनारों पर अनियमितताएं दिखाई देने लगती हैं। प्रत्येक ट्यूबरकल अतिरिक्त अणुओं को आकर्षित करता है और बढ़ने लगता है। एक बर्फ का टुकड़ा लंबे समय तक हवा में यात्रा करता है, और उभरे हुए ट्यूबरकल के पास नए पानी के अणुओं के मिलने की संभावना चेहरों की तुलना में थोड़ी अधिक होती है। इस प्रकार बर्फ के टुकड़े पर किरणें बहुत तेजी से बढ़ती हैं। प्रत्येक फलक से एक मोटी किरण निकलती है, क्योंकि अणु खालीपन को सहन नहीं करते हैं। इस किरण पर बने ट्यूबरकल्स से शाखाएँ बढ़ती हैं। एक छोटे हिमकण की यात्रा के दौरान, उसके सभी चेहरे समान स्थितियों में होते हैं, जो सभी छह चेहरों पर समान किरणों के विकास के लिए एक शर्त के रूप में कार्य करता है। आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों में, बर्फ के टुकड़े की सभी छह दिशाएँ सममित रूप से और समान विन्यास के साथ बढ़ती हैं। वायुमंडल में, अधिकांश बर्फ के टुकड़े अनियमित क्रिस्टल होते हैं; केवल छह शाखाओं में से कुछ ही सममित हो सकते हैं।

आजकल बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन एक विज्ञान बन गया है। 1555 में, स्विस खोजकर्ता मैंगस ने बर्फ के टुकड़ों की आकृतियों के रेखाचित्र बनाए। 1955 में, रूसी वैज्ञानिक ए. ज़मोर्स्की ने बर्फ के टुकड़ों को 9 वर्गों और 48 प्रजातियों में विभाजित किया। ये प्लेटें, सुई, तारे, हाथी, स्तंभ, फुलाना, कफ़लिंक, प्रिज्म, समूह वाले हैं। बर्फ और बर्फ पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग ने 1951 में बर्फ के क्रिस्टल का काफी सरल वर्गीकरण अपनाया: प्लेटलेट्स, तारे के आकार के क्रिस्टल, स्तंभ या स्तंभ, सुई, स्थानिक डेंड्राइट, टिप वाले स्तंभ और अनियमित आकार। और तीन और प्रकार की बर्फीली वर्षा: बारीक बर्फ की गोलियाँ, बर्फ की गोलियाँ और ओले।

1932 में, होक्काइडो विश्वविद्यालय के प्रोफेसर, परमाणु भौतिक विज्ञानी उकिहिरो नाकाया ने कृत्रिम बर्फ क्रिस्टल उगाना शुरू किया, जिससे बर्फ के टुकड़ों का पहला वर्गीकरण संकलित करना और तापमान और वायु आर्द्रता पर इन संरचनाओं के आकार और आकार की निर्भरता की पहचान करना संभव हो गया। होंशू द्वीप के पश्चिमी तट पर स्थित कागा शहर में, उकिहिरो नाकाया द्वारा स्थापित बर्फ और बर्फ का एक संग्रहालय है, जो अब उनके नाम पर है, जो प्रतीकात्मक रूप से तीन षट्भुज के रूप में बनाया गया है। संग्रहालय में बर्फ के टुकड़े बनाने की एक मशीन है। नाकाया ने बर्फ के टुकड़ों के बीच 41 अलग-अलग रूपात्मक प्रकारों की पहचान की, और मौसम विज्ञानी एस. मैगानो और जू ली ने 1966 में 80 प्रकार के क्रिस्टल का वर्णन किया।

कुछ परिस्थितियों में, हवा की अनुपस्थिति में, गिरते हुए बर्फ के टुकड़े एक-दूसरे से चिपक सकते हैं, जिससे विशाल बर्फ के टुकड़े बन सकते हैं। 1944 के वसंत में, घूमने वाली तश्तरियों के समान 10 सेंटीमीटर व्यास तक के टुकड़े मास्को में गिरे। और साइबेरिया में 30 सेंटीमीटर व्यास तक के बर्फ के टुकड़े देखे गए। सबसे बड़ा हिमपात 1887 में अमेरिका के मोंटाना में दर्ज किया गया था। इसका व्यास 38 सेमी था, और इसकी मोटाई 20 सेमी थी। इस घटना के लिए पूर्ण शांति की आवश्यकता होती है, क्योंकि बर्फ के टुकड़े जितनी लंबी यात्रा करते हैं, उतना ही अधिक वे टकराते हैं और एक दूसरे से चिपकते हैं। इसलिए, कम तापमान और तेज़ हवाओं में, बर्फ के टुकड़े हवा में टकराते हैं, उखड़ जाते हैं और टुकड़ों के रूप में जमीन पर गिर जाते हैं - "हीरे की धूल"। जल निकायों के पास बड़े बर्फ के टुकड़े देखने की संभावना काफी बढ़ जाती है: झीलों और जलाशयों से वाष्पीकरण एक उत्कृष्ट निर्माण सामग्री है।

बर्फ के टुकड़े को बनाने वाली बर्फ पारदर्शी होती है, लेकिन जब उनमें से बहुत सारी होती है, तो सूरज की रोशनी, प्रतिबिंबित और कई चेहरों पर बिखरी हुई, हमें एक सफेद अपारदर्शी द्रव्यमान का आभास देती है - हम इसे बर्फ कहते हैं। बर्फ का टुकड़ा सफेद होता है क्योंकि पानी प्रकाश स्पेक्ट्रम के लाल और अवरक्त भागों को बहुत अच्छी तरह से अवशोषित करता है। जमा हुआ पानी काफी हद तक तरल पानी के गुणों को बरकरार रखता है। सूर्य का प्रकाश, बर्फ या बर्फ की परत से गुजरते हुए, लाल और पीली किरणों को खो देता है, जो बिखर जाती हैं और उसमें अवशोषित हो जाती हैं, और जो प्रकाश गुजरता है वह नीला-हरा, नीला या चमकीला नीला होता है - यह इस बात पर निर्भर करता है कि परत कितनी मोटी थी प्रकाश का पथ.

डेटा
बर्फ के टुकड़े एक बर्फ का आवरण बनाते हैं जो सूर्य के प्रकाश का 90% भाग अंतरिक्ष में परावर्तित कर देता है।
एक घन मीटर बर्फ में 350 मिलियन बर्फ के टुकड़े होते हैं, और पूरी पृथ्वी पर - 10 से 24वीं शक्ति तक।
बर्फ के टुकड़े का वजन केवल एक मिलीग्राम के आसपास होता है, शायद ही कभी 2…3। फिर भी, सर्दियों के अंत तक, ग्रह के उत्तरी गोलार्ध में बर्फ के आवरण का द्रव्यमान 13,500 बिलियन टन तक पहुँच जाता है।

वैसे, बर्फ सिर्फ सफेद ही नहीं होती। आर्कटिक और पर्वतीय क्षेत्रों में, गुलाबी या यहाँ तक कि लाल बर्फ़ आम है। ऐसा क्रिस्टलों के बीच रहने वाले शैवाल के कारण होता है। लेकिन ऐसे मामले भी हैं जब पहले से ही रंगीन आसमान से बर्फ गिरी। तो, 1969 में क्रिसमस के दिन, स्वीडन में काली बर्फ गिरी। सबसे अधिक संभावना है, यह वातावरण से अवशोषित कालिख और औद्योगिक प्रदूषण है। 1955 में, कैलिफोर्निया के डाना के पास फॉस्फोरसेंट हरी बर्फ गिरी, जिससे कई लोगों की मौत हो गई और उन लोगों को गंभीर नुकसान हुआ, जिन्होंने इसे अपनी जीभ पर आजमाया था। इस घटना के विभिन्न संस्करण थे, यहां तक ​​कि नेवादा में परमाणु परीक्षण भी। हालाँकि, उन सभी को अस्वीकार कर दिया गया और हरी बर्फ की उत्पत्ति एक रहस्य बनी रही।

ठंढे दिन पर ताजा बर्फ हमेशा पैरों के नीचे एक सुखद क्रंच के साथ होती है। यह क्रिस्टल के टूटने की आवाज से ज्यादा कुछ नहीं है। बर्फ के टुकड़े हवा से धूल और धुएं को भी साफ करते हैं, जिससे आप बर्फबारी के दौरान आसानी से सांस ले सकते हैं।

स्नोफ्लेक्स प्रकृति की सबसे सुंदर, जटिल और बिल्कुल अनोखी रचनाओं में से एक हैं। वे कैसे बनते हैं, वे किससे बने होते हैं?

बर्फ क्रिस्टल (बर्फ के टुकड़े) के रूप में ठोस अवक्षेपण है। बर्फ के टुकड़े की आकृतियों की असाधारण विविधता है। उनमें से सबसे सरल हैं: सुई, कॉलम और प्लेटें। इसके अलावा, बर्फ के टुकड़ों के कई जटिल रूप हैं: सुई के आकार के तारे; प्लेट सितारे; कई स्तंभों से युक्त हेजहोग; सिरों पर प्लेटों और तारों वाले स्तंभ। कुछ स्तंभ आकृतियों में आंतरिक गुहाएँ होती हैं या वे चश्मे की तरह दिखते हैं; 12-नुकीले तारे भी पाए जाते हैं। अलग-अलग बर्फ के टुकड़ों का आकार बहुत भिन्न हो सकता है। सुई तारों में आमतौर पर सबसे बड़े रैखिक आयाम होते हैं (उनकी त्रिज्या 4-5 मिमी तक पहुंचती है)। बर्फ के टुकड़े अक्सर एक-दूसरे से जुड़ते हैं और टुकड़ों के रूप में बाहर गिरते हैं। गुच्छों का आकार बहुत बड़े आकार तक पहुंच सकता है; 15-20 सेमी तक की त्रिज्या वाले गुच्छे देखे गए हैं, बर्फ के टुकड़ों का आकार पानी के अणुओं के आंतरिक क्रम को दर्शाता है जब वे ठोस अवस्था में होते हैं - बर्फ के रूप में या बर्फ़। बर्फ के टुकड़े उसी तरह बढ़ते हैं जैसे तरल से ठोस अवस्था में जाने वाले किसी भी पदार्थ के क्रिस्टल बढ़ते हैं: एक-दूसरे से जुड़कर, पानी के अणु आपसी आकर्षण की शक्तियों को अधिकतम करते हैं और प्रतिकर्षण की शक्तियों को कम करते हैं, क्योंकि ऊर्जा की क्रिस्टलीकरण के दौरान प्रणाली कम हो जाती है। कुछ ही मिनटों में, गर्म सतह पर गिरते हुए, एक बर्फ का टुकड़ा अपनी सजावटी संरचना, अपनी अनूठी छवि खो देगा, जिसे फिर कभी दोहराया नहीं जाएगा।

बर्फ किससे बनी होती है? बर्फ के टुकड़े और बर्फ के क्रिस्टल दोनों बर्फ से बनते हैं। बर्फ का क्रिस्टल, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, एक एकल बर्फ का क्रिस्टल है। स्नोफ्लेक एक अधिक सामान्य शब्द है; यह एक व्यक्तिगत बर्फ क्रिस्टल, कई बर्फ क्रिस्टल जो एक साथ चिपकते हैं, या बर्फ क्रिस्टल के बड़े समूहों को संदर्भित कर सकते हैं जो बादलों से गिरने वाली बर्फ बनाते हैं। बर्फ क्रिस्टल संरचना. बर्फ के क्रिस्टल में पानी के अणु एक षट्कोणीय जाली बनाते हैं (चित्र देखें)। लाल गेंदें ऑक्सीजन परमाणु हैं। ग्रे छड़ें हाइड्रोजन परमाणु हैं। प्रति ऑक्सीजन दो हाइड्रोजन - H2O। बर्फ के टुकड़ों की छह गुना समरूपता बर्फ के क्रिस्टल जाली से उत्पन्न होती है। बर्फ के टुकड़े जलवाष्प से उगते हैं। बर्फ के टुकड़े जमी हुई बारिश की बूंदें नहीं हैं। कभी-कभी बारिश की बूंदें गिरते ही जम जाती हैं, लेकिन इसे "ओला" कहा जाता है। ओलों में बर्फ के क्रिस्टल में पाए जाने वाले कोई भी विस्तृत और सममित पैटर्न नहीं होते हैं। बर्फ के क्रिस्टल तब बनते हैं जब जल वाष्प सीधे बर्फ में संघनित होता है, जो बादलों में होता है। बर्फ के टुकड़े क्रिस्टल वृद्धि के कारण होते हैं। क्रिस्टलीय बर्फ का सबसे बुनियादी रूप ऊपर दिखाया गया हेक्सागोनल प्रिज्म है। यह संरचना इसलिए होती है क्योंकि क्रिस्टल की कुछ सतहें, पहलू सतहें, सामग्री को बहुत धीरे-धीरे जमा करती हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि जिस सतह पर कोने बनते हैं वह सतह विमान बनाने वाली सतह की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से कोई भी संतुलन नहीं रखती है, क्योंकि कोनों पर अणुओं के एक दूसरे के साथ बंधन बनाने की अधिक संभावना होती है। इसे सरलतम रूप में चतुर्भुज क्रिस्टल में आसानी से प्रदर्शित किया जा सकता है। षट्कोणीय प्रिज्म के साथ भी यही कहानी है। फोटो में आप वाल्टर टेप द्वारा दक्षिणी ध्रुव पर एकत्र किए गए हेक्सागोनल बर्फ के टुकड़े देख सकते हैं। ये बर्फ के टुकड़े काफी बड़े हो गए क्योंकि वे बहुत लंबे समय तक जमे हुए थे, जिससे बर्फ के क्रिस्टल बनने का नियम पूरी तरह से प्रकट हो सका। एक हेक्सागोनल प्रिज्म में दो हेक्सागोनल "आधार" सतहें और छह आयताकार "प्रिज़्मेटिक" सतहें शामिल होती हैं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। ध्यान दें कि सतहों की वृद्धि दर के आधार पर एक हेक्सागोनल प्रिज्म प्लेट के आकार या स्तंभ के आकार का हो सकता है। जब बर्फ के क्रिस्टल बहुत छोटे होते हैं, तो वे अधिकतर साधारण षट्कोणीय प्रिज्म के रूप में मौजूद होते हैं। लेकिन जैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, प्रिज्म के कोनों से "शाखाएँ" निकलती हैं, जिससे अधिक जटिल आकृतियाँ बनती हैं।

बर्फ के टुकड़ों के जटिल रूपों की उत्पत्ति। इस प्रश्न का उत्तर इस बात में निहित है कि पानी के अणु बढ़ते बर्फ के क्रिस्टल पर संघनित होने के लिए हवा के माध्यम से कैसे चलते हैं। अणु क्रिस्टल तक पहुंचने के लिए हवा के माध्यम से फैलते हैं, और यह प्रसार उनकी वृद्धि को धीमा कर देता है। बढ़ते क्रिस्टल तक पहुँचने के लिए अधिक दूर के पानी के अणुओं को हवा के माध्यम से लंबी यात्रा करनी होगी। तो, एक सपाट बर्फ की सतह पर विचार करें जो हवा में उगती है। यदि एक छोटी सी टक्कर होती है और सतह पर बनी रहती है, तो इसका निशान बाकी क्रिस्टल की तुलना में थोड़ा आगे तक फैल जाता है। इसका मतलब यह है कि पानी के अन्य अणु बाकी क्रिस्टल की तुलना में इस स्थान तक तेजी से पहुंच सकते हैं क्योंकि उन्हें वहां पहुंचने के लिए अधिक दूरी तय करनी पड़ती है।

जैसे-जैसे टकराव स्थल पर पहुंचने वाले पानी के अणुओं की संख्या बढ़ती है, टकराव स्थल तेजी से बढ़ता है। थोड़े समय के बाद, टकराव अधिक बार होते हैं, और विकास और भी तेजी से होता है। तब जिसे शाखा संबंधी अस्थिरता कहा जाता है, घटित होती है - बड़ी शाखाओं पर नई छोटी टक्करें उत्पन्न होती हैं, और पार्श्व शाखाओं के निर्माण का स्थल बन जाती हैं। इस प्रकार जटिलता जन्म लेती है। यह अस्थिरता जटिल बर्फ क्रिस्टल आकृतियों के निर्माण का मुख्य कारण है।

जब शाखाओं की अस्थिरता को बर्फ के क्रिस्टल पर बार-बार लागू किया जाता है, तो परिणाम को बर्फ डेंड्राइट कहा जाता है। शब्द "डेंड्राइट" का अर्थ है "पेड़ जैसा", और तारे के आकार के, पेड़ जैसे बर्फ के क्रिस्टल आम हैं। पानी के अणुओं के प्रसार की दर को प्रयोगशाला में बदला जा सकता है। यदि बर्फ के क्रिस्टल वायुमंडलीय दबाव के नीचे हवा में उगाए जाते हैं, तो वे कम शाखाबद्ध होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रसार कम दबाव पर विकास को सीमित नहीं करता है, इसलिए शाखा अस्थिरता उतनी तीव्र नहीं होती है। उच्च दबाव पर, अधिक शाखाओं वाले बर्फ के क्रिस्टल बनते हैं। बर्फ के क्रिस्टल की वृद्धि किनारों और शाखाओं के बीच संतुलन पर निर्भर करती है। किनारे सरल सपाट सतह बनाते हैं, जबकि शाखाएँ अधिक जटिल संरचनाएँ बनाती हैं। किनारों और शाखाओं के बीच परस्पर क्रिया सूक्ष्म है और तापमान और आर्द्रता जैसे मापदंडों पर अत्यधिक निर्भर है। इसका मतलब यह है कि बर्फ के क्रिस्टल कई अलग-अलग तरीकों से विकसित हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बर्फ के टुकड़े के आकार में काफी विविधता देखी जा सकती है।

प्रसिद्ध खगोलशास्त्री जोहान्स केप्लर बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन करने वाले पहले व्यक्ति थे। 1611 में, उन्होंने "हेक्सागोनल स्नोफ्लेक्स पर" एक ग्रंथ प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने मुख्य रूप से उनकी संरचना के ज्यामितीय पहलुओं पर चर्चा की। हमें अगली सफलता के लिए दो शताब्दियों से अधिक इंतजार करना पड़ा। उनके 15वें जन्मदिन पर, उनकी माँ ने अपने बेटे, वर्मोंट के एक युवा किसान, विल्सन एल्विन बेंटले को एक माइक्रोस्कोप दिया। और उसने इसके माध्यम से बर्फ के टुकड़ों को देखने का फैसला किया। 15 जनवरी, 1885 को, उन्होंने एक माइक्रोस्कोप से कैमरा जोड़कर और काले कागज की पृष्ठभूमि के खिलाफ तस्वीर खींचकर बर्फ के टुकड़े की पहली तस्वीर ली। अपने जीवन के अंत तक, उन्होंने 5,381 बर्फ के टुकड़ों की तस्वीरें खींची थीं। 1920 में, उन्हें राष्ट्रीय मौसम सेवा में एक पद और उनके शोध के लिए 25 डॉलर का अनुदान मिला, और न केवल खेतों पर, बल्कि गतिविज्ञानियों और क्रिस्टलोग्राफरों की प्रयोगशालाओं में भी बर्फ गिरने लगी। लेकिन यह बेंटले ही थे जिन्होंने सबसे पहले कहा था कि उन्होंने कभी भी दो एक जैसे बर्फ के टुकड़े नहीं देखे हैं। यह आम धारणा है कि प्रकृति में दो एक जैसे बर्फ के टुकड़े नहीं होते हैं। ऐसा लगेगा कि यह कैसे हो सकता है. लाखों आसमान से गिर रहे हैं. लेकिन, दूसरी ओर, यदि आप बहुत मोटे तौर पर अनुमान लगाते हैं, तो एक बर्फ के टुकड़े में लगभग 1020 पानी के अणु होते हैं, और मानव आंख एक बर्फ के टुकड़े के लगभग 100 दृश्य मापदंडों को निर्धारित करने में सक्षम है। तो इस तरह की मोज़ेक एक सीमित लेकिन बेहद बड़ी संख्या में एक साथ आ सकती है। और अगर आपको याद है कि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं के अलग-अलग आइसोटोप हैं, और पानी में अभी भी अशुद्धियाँ हैं... सामान्य तौर पर, यह स्वीकार करने योग्य है कि प्रकृति में कोई भी दो बर्फ के टुकड़े एक जैसे नहीं होते हैं। लेकिन क्रिस्टल का आकार सममित होता है। एक समय में क्रिस्टल नाभिक की वर्तमान स्थिति जैसे छोटे स्थान में मैक्रोस्कोपिक कारक (तापमान, दबाव, विभिन्न पदार्थों की सांद्रता) में बहुत अंतर नहीं होता है, और सभी दिशाओं में वृद्धि समान होती है। जब तक कोई ब्रेक न हो जाए या, इसके विपरीत, चिपक न जाए।

यह एकत्रीकरण की स्थिति में है, जो कमरे के तापमान पर गैसीय या तरल रूप में होता है। बर्फ के गुणों का अध्ययन सैकड़ों वर्ष पहले शुरू हुआ था। लगभग दो सौ साल पहले, वैज्ञानिकों ने पता लगाया कि पानी एक साधारण यौगिक नहीं है, बल्कि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन से युक्त एक जटिल रासायनिक तत्व है। खोज के बाद पानी का फार्मूला H2O हो गया।

बर्फ की संरचना

H 2 O में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। शांत अवस्था में, हाइड्रोजन ऑक्सीजन परमाणु के शीर्ष पर स्थित होता है। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन आयनों को एक समद्विबाहु त्रिभुज के शीर्ष पर स्थित होना चाहिए: ऑक्सीजन एक समकोण के शीर्ष पर स्थित है। जल की इस संरचना को द्विध्रुव कहा जाता है।

बर्फ में 11.2% हाइड्रोजन होता है, और बाकी ऑक्सीजन होता है। बर्फ के गुण उसकी रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं। कभी-कभी इसमें गैसीय या यांत्रिक संरचनाएँ - अशुद्धियाँ होती हैं।

बर्फ प्रकृति में कुछ क्रिस्टलीय प्रजातियों के रूप में पाई जाती है जो शून्य और उससे नीचे के तापमान पर अपनी संरचना को स्थिर बनाए रखती है, लेकिन शून्य और उससे ऊपर के तापमान पर यह पिघलना शुरू हो जाती है।

क्रिस्टल की संरचना

बर्फ, बर्फ और भाप के गुण पूरी तरह से अलग हैं और ठोस अवस्था में निर्भर करते हैं, एच 2 ओ टेट्राहेड्रोन के कोनों पर स्थित चार अणुओं से घिरा हुआ है। चूँकि समन्वय संख्या कम है, बर्फ में ओपनवर्क संरचना हो सकती है। यह बर्फ के गुणों और उसके घनत्व में परिलक्षित होता है।

बर्फ की आकृतियाँ

बर्फ प्रकृति में पाया जाने वाला एक सामान्य पदार्थ है। पृथ्वी पर निम्नलिखित किस्में हैं:

• नदी;
• झील;
• समुद्री;
• फ़िरन;
• हिमनद;
• मैदान।

ऐसी बर्फ है जो सीधे उर्ध्वपातन द्वारा बनती है, अर्थात। वाष्प अवस्था से. यह स्वरूप एक कंकाल आकार (हम उन्हें बर्फ के टुकड़े कहते हैं) और वृक्ष के समान और कंकाल वृद्धि (ठंढ, कर्कश) के समुच्चय पर ले जाता है।

सबसे आम रूपों में से एक स्टैलेक्टाइट्स, यानी हिमलंब हैं। वे पूरी दुनिया में उगते हैं: पृथ्वी की सतह पर, गुफाओं में। इस प्रकार की बर्फ शरद ऋतु-वसंत अवधि में लगभग शून्य डिग्री के तापमान अंतर पर पानी की बूंदों के प्रवाह से बनती है।

बर्फ की पट्टियों के रूप में संरचनाएँ जो जलाशयों के किनारों पर, पानी और हवा की सीमा पर, साथ ही पोखरों के किनारे पर दिखाई देती हैं, बर्फ बैंक कहलाती हैं।

बर्फ रंध्रयुक्त मिट्टी में रेशेदार शिराओं के रूप में बन सकती है।

बर्फ के गुण

एक पदार्थ विभिन्न अवस्थाओं में हो सकता है। इसके आधार पर, प्रश्न उठता है: इस या उस अवस्था में बर्फ का कौन सा गुण प्रकट होता है?

वैज्ञानिक भौतिक और यांत्रिक गुणों में अंतर करते हैं। उनमें से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं।

भौतिक गुण

बर्फ के भौतिक गुणों में शामिल हैं:

1. घनत्व। भौतिकी में, एक अमानवीय माध्यम को माध्यम के पदार्थ के द्रव्यमान के उस आयतन के अनुपात की सीमा द्वारा दर्शाया जाता है जिसमें वह समाहित है। पानी का घनत्व, अन्य पदार्थों की तरह, तापमान और दबाव पर निर्भर करता है। आमतौर पर, गणना 1000 किलोग्राम/घन मीटर के बराबर पानी के निरंतर घनत्व का उपयोग करती है। अधिक सटीक घनत्व संकेतक को तभी ध्यान में रखा जाता है जब परिणामी घनत्व अंतर परिणाम के महत्व के कारण बहुत सटीक गणना करना आवश्यक होता है।
   बर्फ के घनत्व की गणना करते समय इस बात को ध्यान में रखा जाता है कि किस प्रकार का पानी बर्फ बन गया है: जैसा कि ज्ञात है, खारे पानी का घनत्व आसुत जल से अधिक होता है।
2. पानी का तापमान। आमतौर पर शून्य डिग्री के तापमान पर होता है। ऊष्मा निकलने के साथ-साथ हिमीकरण प्रक्रियाएँ रुक-रुक कर होती रहती हैं। विपरीत प्रक्रिया (पिघलना) तब होती है जब उतनी ही मात्रा में गर्मी अवशोषित होती है जितनी जारी की गई थी, लेकिन बिना किसी उछाल के, लेकिन धीरे-धीरे।
   प्रकृति में, ऐसी परिस्थितियाँ होती हैं जिनमें पानी अतिशीतल हो जाता है, लेकिन जमता नहीं है। कुछ नदियाँ -2 डिग्री के तापमान पर भी तरल पानी बरकरार रखती हैं।
3. किसी पिंड को प्रत्येक डिग्री तक गर्म करने पर अवशोषित होने वाली ऊष्मा की मात्रा। एक विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जो एक किलोग्राम आसुत जल को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की विशेषता होती है।
4. संपीडनशीलता। बर्फ और बर्फ की एक अन्य भौतिक संपत्ति संपीड़ितता है, जो बढ़े हुए बाहरी दबाव के प्रभाव में मात्रा में कमी को प्रभावित करती है। पारस्परिक मात्रा को लोच कहा जाता है।
5. बर्फ की ताकत.
6. बर्फ का रंग. यह गुण प्रकाश के अवशोषण और किरणों के प्रकीर्णन के साथ-साथ जमे हुए पानी में अशुद्धियों की मात्रा पर निर्भर करता है। विदेशी अशुद्धियों के बिना नदी और झील की बर्फ नरम नीली रोशनी में दिखाई देती है। समुद्री बर्फ पूरी तरह से अलग हो सकती है: नीला, हरा, नीला, सफेद, भूरा, या फौलादी रंग का हो सकता है। कभी-कभी आप काली बर्फ देख सकते हैं। यह यह रंग बड़ी संख्या में खनिजों और विभिन्न कार्बनिक अशुद्धियों के कारण प्राप्त करता है।

बर्फ के यांत्रिक गुण

बर्फ और पानी के यांत्रिक गुण एक इकाई क्षेत्र के सापेक्ष बाहरी वातावरण के प्रभाव के प्रति उनके प्रतिरोध से निर्धारित होते हैं। यांत्रिक गुण संरचना, लवणता, तापमान और सरंध्रता पर निर्भर करते हैं।

बर्फ एक लोचदार, चिपचिपी, प्लास्टिक संरचना है, लेकिन ऐसी स्थितियाँ हैं जिनके तहत यह कठोर और बहुत भंगुर हो जाती है।

समुद्री बर्फ और मीठे पानी की बर्फ अलग-अलग होती हैं: पहली अधिक लचीली और कम टिकाऊ होती है।

जहाजों को गुजरते समय बर्फ के यांत्रिक गुणों को ध्यान में रखना चाहिए। बर्फ़ीली सड़कों, क्रॉसिंगों आदि का उपयोग करते समय यह भी महत्वपूर्ण है।

पानी, बर्फ और बर्फ में समान गुण होते हैं जो पदार्थ की विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। लेकिन साथ ही, ये रीडिंग कई अन्य कारकों से प्रभावित होती हैं: परिवेश का तापमान, ठोस में अशुद्धियाँ, साथ ही तरल की प्रारंभिक संरचना। बर्फ पृथ्वी पर सबसे दिलचस्प पदार्थों में से एक है।

इस लेख में हम पानी के अणुओं की संरचना, उनके कनेक्शन और गुणों के बारे में बात करेंगे।

थोड़ा आगे बढ़ते हुए, मैं लिखूंगा:

मेयर सेल द्वारा किया जाने वाला कार्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ विद्युत प्रवाह के प्रभाव में पानी के अणुओं का "आसान" अपघटन है।

इसे हल करने के लिए आइए जानें कि पानी क्या है? जल के अणुओं की संरचना क्या है? जल के अणुओं और उनके बंधों के बारे में क्या ज्ञात है? लेख में, मैंने विभिन्न प्रकाशनों का उपयोग किया जो इंटरनेट पर पर्याप्त मात्रा में उपलब्ध हैं, लेकिन उन्हें बड़ी मात्रा में पुन: प्रस्तुत किया जाता है, इसलिए मुझे यह स्पष्ट नहीं है कि उनका लेखक कौन है और मेरे लिए किसी स्रोत का हवाला देना बेवकूफी है। इसके अलावा, ये प्रकाशन अपमान की हद तक "भ्रमित" हैं, जिससे इन्हें समझना मुश्किल हो जाता है और अध्ययन का समय काफी बढ़ जाता है। लेखों का विश्लेषण करके, मैंने कुछ ऐसा निकाला जो आपको यह समझने में मार्गदर्शन कर सकता है कि सस्ती ऊर्जा निकालने की प्रक्रिया में, या अधिक सटीक रूप से पानी के अणुओं को घटकों - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में तोड़ने की प्रक्रिया में हम क्या कर रहे होंगे।

तो, आइए पानी के अणुओं की संरचना के बारे में सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं पर नज़र डालें!

जल एक ऐसा पदार्थ है जिसकी मुख्य संरचनात्मक इकाई H2O अणु है, जिसमें एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं।

पानी के अणु में एक समद्विबाहु त्रिभुज की संरचना होती है: इस त्रिभुज के शीर्ष पर एक ऑक्सीजन परमाणु होता है, और इसके आधार पर दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। शीर्ष कोण 104°27 है, और भुजा की लंबाई 0.096 एनएम है। ये पैरामीटर पानी के अणु के कंपन और घुमाव के बिना उसकी काल्पनिक संतुलन स्थिति को संदर्भित करते हैं। पानी के अणु की ज्यामिति और उसकी इलेक्ट्रॉन कक्षाएँ चित्र में दिखाई गई हैं।

पानी का अणु एक द्विध्रुव है जिसके ध्रुवों पर धनात्मक और ऋणात्मक आवेश होते हैं। यदि एक "मुक्त" पानी का अणु, जो अन्य अणुओं से जुड़ा नहीं है, को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह अपने नकारात्मक ध्रुवों के साथ विद्युत क्षेत्र की सकारात्मक प्लेट की ओर और अपने सकारात्मक ध्रुवों के साथ नकारात्मक प्लेट की ओर "मुड़" जाएगा। यह वह प्रक्रिया है जिसे चित्र 1, स्थिति 3बी में दर्शाया गया है, जो लेख "गैसोलीन के बजाय पानी" में मेयर सेल के संचालन की व्याख्या करता है।

यदि आप सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों के उपकेंद्रों को सीधी रेखाओं से जोड़ते हैं, तो आपको एक त्रि-आयामी ज्यामितीय आकृति मिलती है - एक नियमित टेट्राहेड्रोन। यह जल के अणु की ही संरचना है।

हाइड्रोजन बांड की उपस्थिति के कारण, प्रत्येक पानी का अणु 4 पड़ोसी अणुओं के साथ एक हाइड्रोजन बांड बनाता है, जिससे बर्फ के अणु में एक ओपनवर्क जाल फ्रेम बनता है। पानी के अणुओं की इस क्रमबद्ध अवस्था को "संरचना" कहा जा सकता है। प्रत्येक अणु एक साथ 109°28′ के बराबर कड़ाई से परिभाषित कोण पर अन्य अणुओं के साथ चार हाइड्रोजन बांड बना सकता है, जो टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित होता है, जो ठंड के दौरान घनी संरचना के निर्माण की अनुमति नहीं देता है।

जब बर्फ पिघलती है, तो इसकी चतुष्कोणीय संरचना टूट जाती है और पॉलिमर का मिश्रण बनता है, जिसमें ट्राई-, टेट्रा-, पेंटा- और पानी के हेक्सामर्स और मुक्त पानी के अणु होते हैं।

द्रव अवस्था में जल एक अव्यवस्थित द्रव है। ये हाइड्रोजन बंधन स्वतःस्फूर्त, अल्पकालिक होते हैं, जल्दी टूट जाते हैं और फिर से बन जाते हैं।

जब समूहीकृत किया जाता है, तो पानी के अणुओं का टेट्राहेड्रा विभिन्न प्रकार की स्थानिक और समतलीय संरचनाएँ बनाता है।

और प्रकृति में सभी प्रकार की संरचनाओं में से, मूल संरचना हेक्सागोनल (छह-पक्षीय) संरचना है, जब छह पानी के अणु (टेट्राहेड्रा) एक अंगूठी में संयुक्त होते हैं।

इस प्रकार की संरचना बर्फ, बर्फ और पिघले पानी की विशेषता है, जिसे ऐसी संरचना की उपस्थिति के कारण "संरचित जल" कहा जाता है। संरचित जल के लाभकारी गुणों के बारे में बहुत कुछ लिखा जा चुका है, लेकिन यह हमारे लेख का विषय नहीं है। यह तर्कसंगत होगा कि संरचित जल - हेक्सागोनल संरचनाएं बनाना - पानी की संरचना के लिए सबसे खराब विकल्प है, जिसका उपयोग हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अपघटन के लिए किया जा सकता है। मैं समझाता हूं क्यों: छह हेक्सामेर में समूहित पानी के अणुओं की विद्युतीय रूप से तटस्थ संरचना होती है - हेक्सामेर में सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुव नहीं होते हैं। यदि आप संरचित जल का हेक्सामर किसी विद्युत क्षेत्र में रखते हैं, तो यह उस पर किसी भी प्रकार से प्रतिक्रिया नहीं करेगा। इसलिए, तार्किक रूप से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि पानी के लिए यथासंभव कम संगठित संरचनाओं का होना आवश्यक है। वास्तव में, यह दूसरा तरीका है: एक हेक्सामर एक पूर्ण संरचना नहीं है, एक और भी दिलचस्प अवधारणा है - एक क्लस्टर।

संयुक्त जल अणुओं की संरचनाओं को क्लस्टर कहा जाता है, और व्यक्तिगत जल अणुओं को क्वांटा कहा जाता है। क्लस्टर हेक्सामर्स सहित पानी के अणुओं का एक बड़ा संयोजन है, जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक दोनों ध्रुव होते हैं।

आसुत जल में, क्लस्टर व्यावहारिक रूप से विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, क्योंकि वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप, क्लस्टर नष्ट हो गए थे, और संक्षेपण के परिणामस्वरूप, पानी के अणुओं के बीच मजबूत बंधन प्रकट नहीं हुए थे। हालाँकि, उनकी विद्युत चालकता को बदला जा सकता है। यदि आसुत जल को चुंबकीय स्टिरर से हिलाया जाता है, तो समूहों के तत्वों के बीच कनेक्शन आंशिक रूप से बहाल हो जाएगा और पानी की विद्युत चालकता बदल जाएगी। दूसरे शब्दों में, आसुत जल वह जल है जिसमें अणुओं के बीच न्यूनतम संख्या में बंधन होते हैं . इसमें अणुओं के द्विध्रुव अव्यवस्थित अवस्था में होते हैं, इसलिए आसुत जल का ढांकता हुआ स्थिरांक बहुत अधिक होता है, और यह विद्युत धारा का कुचालक होता है। इसी समय, पानी के समूहों की नियंत्रण क्षमता बढ़ाने के लिए इसमें एसिड या क्षार मिलाए जाते हैं, जो आणविक बंधनों में भाग लेकर पानी के अणुओं को हेक्सागोनल संरचना बनाने की अनुमति नहीं देते हैं, जिससे इलेक्ट्रोलाइट्स बनते हैं। आसुत जल संरचित जल के विपरीत है, जिसमें समूहों में पानी के अणुओं के बीच बड़ी संख्या में संबंध होते हैं।

मेरी वेबसाइट पर ऐसे लेख हैं और आते रहेंगे, जो पहली नज़र में "अलग" हैं और उनका अन्य लेखों से कोई संबंध नहीं है। वास्तव में, साइट पर अधिकांश लेख एक पूरे में परस्पर जुड़े हुए हैं। इस मामले में, आसुत जल के गुणों का वर्णन करते समय, मैं विद्युत धारा के द्विध्रुवीय सिद्धांत का उपयोग करता हूं, यह विद्युत धारा की एक वैकल्पिक अवधारणा है, जिसकी पुष्टि शास्त्रीय अवधारणा से बेहतर विज्ञान और अभ्यास दोनों द्वारा की जाती है।

विद्युत धारा स्रोत की ऊर्जा के संपर्क में आने पर, पानी के परमाणुओं के सभी द्विध्रुव (एक कंडक्टर के रूप में) घूमते हैं, अपने समान ध्रुवों के साथ एक दिशा में उन्मुख होते हैं। यदि पानी के अणुओं ने बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति से पहले एक क्लस्टर (पारस्परिक रूप से उन्मुख) संरचना बनाई है, तो बाहरी विद्युत क्षेत्र में अभिविन्यास के लिए विद्युत प्रवाह स्रोत से न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी। यदि संरचना व्यवस्थित नहीं थी (आसुत जल की तरह), तो बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी।

कृपया ध्यान दें, "एक लोकप्रिय राय है" कि आसुत जल और पिघले पानी में समान विद्युत प्रवाहकीय गुण होने चाहिए, क्योंकि एक और दूसरे दोनों में कोई रासायनिक अशुद्धियाँ (आमतौर पर लवण) नहीं होती हैं, उनकी रासायनिक संरचना समान होती है, और संरचना समान होती है पिघले पानी में पानी के अणु समान होते हैं, आसुत जल में भी वही होते हैं।

वास्तव में, सब कुछ उल्टा दिखता है; अशुद्धियों की अनुपस्थिति पानी की विद्युत चालकता गुणों को बिल्कुल भी इंगित नहीं करती है। इसे समझे बिना, कुछ लोग बैटरियों को इलेक्ट्रोलाइट से भरने, आसुत जल को पिघले पानी से बदलने, या बस कार्बन फिल्टर के माध्यम से शुद्ध करने के चरण में भी "मार" देते हैं। एक नियम के रूप में, ऑटोमोटिव बाजार में खरीदी गई एक रिफिल बैटरी उस बैटरी से कम चलती है जिसे आपने ड्राई-चार्ज करके खरीदा था और आसुत जल के साथ सल्फ्यूरिक एसिड से पतला किया था और इसे स्वयं रिफिल किया था। ऐसा केवल इसलिए है क्योंकि एक "तैयार" इलेक्ट्रोलाइट, या एक रिफिल की गई बैटरी, हमारे समय में पैसा कमाने का एक साधन है, और यह निर्धारित करने के लिए कि किस प्रकार के पानी का उपयोग किया गया था, एक महंगी परीक्षा की जानी चाहिए, इससे किसी को परेशानी नहीं होती है। . डीलर को इसकी परवाह नहीं है कि आपकी कार की बैटरी कितने समय तक चलेगी, और आप वास्तव में एसिड के साथ खिलवाड़ भी नहीं करना चाहेंगे। लेकिन, मैं आपको विश्वास दिलाता हूं, जिस बैटरी पर आप पसीना बहाते हैं, वह तैयार बोतलबंद इलेक्ट्रोलाइट से भरी बैटरी की तुलना में शून्य से कम तापमान पर अधिक शक्तिशाली होगी।

आगे है!

पानी में, गुच्छे समय-समय पर ढहते हैं और फिर से बन जाते हैं। कूदने का समय 10 -12 सेकंड है।

चूँकि पानी के अणु की संरचना असममित है, इसके सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र मेल नहीं खाते हैं। अणुओं के दो ध्रुव होते हैं - सकारात्मक और नकारात्मक, जो चुंबक की तरह आणविक बल क्षेत्र बनाते हैं। ऐसे अणुओं को ध्रुवीय या द्विध्रुव कहा जाता है, और ध्रुवता की मात्रात्मक विशेषता द्विध्रुव के विद्युत क्षण द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसे दूरी के उत्पाद के रूप में व्यक्त किया जाता है एल प्रति आवेश एक अणु के धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के गुरुत्वाकर्षण के विद्युत केंद्रों के बीच इ पूर्ण इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाइयों में: पी = एल ई

पानी के लिए, द्विध्रुव आघूर्ण बहुत अधिक है: p = 6.13·10 -29 C m।

चरण सीमाओं (तरल-वायु) पर जल समूहों को एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, जिसमें सभी क्लस्टर एक ही आवृत्ति पर दोलन करते हैं, एक सामान्य आवृत्ति प्राप्त करते हैं। समूहों के इस तरह के आंदोलन के साथ, यह ध्यान में रखते हुए कि क्लस्टर में शामिल पानी के अणु ध्रुवीय हैं, यानी, उनके पास एक बड़ा द्विध्रुवीय क्षण है, हमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण की उपस्थिति की उम्मीद करनी चाहिए। यह विकिरण मुक्त द्विध्रुवों के विकिरण से भिन्न होता है, क्योंकि द्विध्रुव युग्मित होते हैं और एक क्लस्टर संरचना में एक साथ दोलन करते हैं।

जल समूहों के दोलनों की आवृत्ति और, तदनुसार, विद्युत चुम्बकीय दोलनों की आवृत्ति निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है:

कहाँ ए - किसी दिए गए तापमान पर पानी का सतह तनाव; एम
- क्लस्टर का द्रव्यमान.

कहाँ वी - क्लस्टर वॉल्यूम.

क्लस्टर का आयतन क्लस्टर की फ्रैक्टल बंद संरचना के आयामों को ध्यान में रखते हुए या प्रोटीन डोमेन के आयामों के अनुरूप निर्धारित किया जाता है।
कमरे के तापमान 18°C ​​पर, क्लस्टर दोलन आवृत्ति एफ 6.79 · 10 9 हर्ट्ज के बराबर, अर्थात मुक्त स्थान में तरंग दैर्ध्य होना चाहिए λ = 14.18 मिमी.

लेकिन क्या होगा जब पानी बाहरी विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आएगा? चूँकि पानी एक स्व-संगठित संरचना है और इसमें समूहों में व्यवस्थित तत्व और मुक्त अणु दोनों शामिल हैं, बाहरी विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आने पर निम्नलिखित होगा। जब पानी के अणु करीब आते हैं (दूरी R 0 से R 1 में बदल जाती है), परस्पर क्रिया ऊर्जा अधिक मात्रा में बदल जाती है, जब वे एक दूसरे से दूर जाते हैं (दूरी R 0 से R 2 में बदल जाती है)।

लेकिन, चूंकि पानी के अणुओं में एक बड़ा द्विध्रुवीय क्षण होता है, बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के मामले में, वे दोलनशील गति करेंगे (उदाहरण के लिए, आर 1 से आर 2 तक)। इस मामले में, उपरोक्त निर्भरता के कारण, लागू विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अणुओं के आकर्षण में अधिक योगदान देगा और इस प्रकार संपूर्ण प्रणाली के संगठन में योगदान देगा, अर्थात। एक षटकोणीय संरचना का निर्माण.

यदि जलीय वातावरण में अशुद्धियाँ हैं, तो उन्हें जलयोजन आवरण से इस तरह ढक दिया जाता है कि सिस्टम की कुल ऊर्जा न्यूनतम मान लेती है। और यदि हेक्सागोनल संरचना का कुल द्विध्रुव क्षण शून्य है, तो अशुद्धियों की उपस्थिति में उनके निकट हेक्सागोनल संरचना इस तरह से बाधित हो जाती है कि सिस्टम न्यूनतम मान लेता है, कुछ मामलों में, हेक्सागोन पेंटागन में बदल जाते हैं, और हाइड्रेशन शेल का आकार एक गेंद के समान होता है। अशुद्धियाँ (उदाहरण के लिए, Na + आयन) संरचना को स्थिर कर सकती हैं, जिससे यह विनाश के प्रति अधिक प्रतिरोधी हो जाती है।

पानी की एक स्व-संगठित प्रणाली, जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आती है, तो एक पूरे के रूप में नहीं चलेगी, लेकिन हेक्सागोनल संरचना के प्रत्येक तत्व, और अन्य प्रकार की स्थानीय अशुद्धियों के मामले में, स्थानांतरित हो जाएगी, अर्थात। संरचना की ज्यामिति विकृत हो जाएगी, अर्थात। तनाव पैदा होता है. पानी का यह गुण पॉलिमर से काफी मिलता-जुलता है। लेकिन पॉलिमर संरचनाओं में लंबे समय तक विश्राम का समय होता है, जो 10 -11 -10 -12 सेकेंड नहीं, बल्कि मिनट या अधिक होता है। इसीलिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटा की ऊर्जा, इसकी विकृतियों के परिणामस्वरूप एक संगठित जल संरचना की आंतरिक ऊर्जा में बदल जाती है, जब तक कि यह हाइड्रोजन बांड ऊर्जा तक नहीं पहुंच जाती, जो विद्युत चुम्बकीय की ऊर्जा से 500-1000 गुना अधिक है, तब तक इसके द्वारा जमा की जाएगी। मैदान। जब यह मान पहुँच जाता है, तो हाइड्रोजन बंधन टूट जाता है और संरचना ढह जाती है.

इसकी तुलना हिमस्खलन से की जा सकती है, जब द्रव्यमान का क्रमिक, धीमी गति से संचय होता है, और फिर तेजी से पतन होता है। पानी के मामले में, न केवल समूहों के बीच के कमजोर बंधन टूट जाते हैं, बल्कि पानी के अणुओं की संरचना में मजबूत बंधन भी टूट जाते हैं। इस विच्छेदन के परिणामस्वरूप H+, OH- और हाइड्रेटेड इलेक्ट्रॉन e- का निर्माण हो सकता है। शुद्ध पानी का नीला रंग इन इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होता है, न कि केवल प्राकृतिक प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण।

निष्कर्ष

इस प्रकार, जब पानी के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आते हैं, तो क्लस्टर संरचना में ऊर्जा एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य तक जमा हो जाती है, फिर क्लस्टर और अन्य के बीच के बंधन टूट जाते हैं, और ऊर्जा का हिमस्खलन जैसी रिहाई होती है, जिसे बाद में अन्य प्रकारों में परिवर्तित किया जा सकता है।

अगले लेख में, “पानी के अणुओं का हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में टूटना। ओम का नियम और मेयर की कोशिका", हम पानी के अणुओं के टूटने की स्थिति निर्धारित करेंगे और पता लगाएंगे कि ओम का नियम "हमारी इच्छाओं" में कैसे हस्तक्षेप करता है।