स्कूल की विज्ञान कक्षाओं में जो सबसे बुनियादी चीजें हमें सिखाई जाती हैं उनमें से एक यह है कि पानी तीन अलग-अलग राज्यों में मौजूद हो सकता है, या तो ठोस बर्फ, तरल पानी या वाष्प गैस के रूप में। लेकिन वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने हाल ही में संकेत पाए हैं कि तरल पानी वास्तव में दो अलग-अलग राज्यों में आ सकता है।
इंटरनेशनल जर्नल ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी में प्रकाशित एक प्रायोगिक पेपर में लिखते हुए, शोधकर्ता आश्चर्यचकित थे कि पानी के कई भौतिक गुणों को 50 ℃ और 60 ℃ के बीच उनके व्यवहार को बदल दिया गया। एक दूसरे तरल राज्य में संभावित परिवर्तन का यह संकेत वैज्ञानिक समुदाय में एक गर्म चर्चा को जन्म दे सकता है। और, अगर पुष्टि की जाती है, तो इसके पास नैनो और जीव विज्ञान सहित कई क्षेत्रों के लिए निहितार्थ हो सकते हैं।
पदार्थ की अवस्थाएं, जिन्हें "चरण" भी कहा जाता है, परमाणुओं और अणुओं से बने प्रणालियों के अध्ययन में एक प्रमुख अवधारणा हैं। मोटे तौर पर, कई अणुओं से बने एक सिस्टम को इसकी कुल ऊर्जा के आधार पर एक निश्चित संख्या में कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित किया जा सकता है। उच्च तापमान (और इसलिए उच्च ऊर्जा) पर, अणुओं में अधिक संभव कॉन्फ़िगरेशन होते हैं और इसलिए अधिक अव्यवस्थित होते हैं और अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से (गैस चरण) के बारे में आगे बढ़ सकते हैं। कम तापमान पर, अणुओं में अधिक सीमित संख्या में कॉन्फ़िगरेशन होते हैं और इसलिए एक अधिक क्रमबद्ध चरण (एक तरल) बनाते हैं। यदि तापमान और नीचे चला जाता है, तो वे एक ठोस उत्पादन करते हुए, बहुत विशिष्ट विन्यास में खुद को व्यवस्थित करते हैं।
यह तस्वीर अपेक्षाकृत सरल अणुओं जैसे कार्बन डाइऑक्साइड या मीथेन के लिए आम है, जिसमें तीन स्पष्ट, अलग-अलग राज्य (तरल, ठोस और गैस) हैं। लेकिन अधिक जटिल अणुओं के लिए, संभव कॉन्फ़िगरेशन की एक बड़ी संख्या है और यह अधिक चरणों को जन्म देती है। इसका एक सुंदर चित्रण लिक्विड क्रिस्टल का समृद्ध व्यवहार है, जो जटिल कार्बनिक अणुओं द्वारा बनते हैं और तरल पदार्थ की तरह बह सकते हैं, लेकिन फिर भी एक ठोस जैसे क्रिस्टलीय संरचना होती है
क्योंकि किसी पदार्थ का चरण इस बात से निर्धारित होता है कि उसके अणु कैसे कॉन्फ़िगर किए जाते हैं, तो उस पदार्थ के कई भौतिक गुण अचानक बदल जाएंगे क्योंकि यह एक राज्य से दूसरे में जाता है। हाल के पेपर में, शोधकर्ताओं ने सामान्य वायुमंडलीय परिस्थितियों (जिसका अर्थ पानी तरल था) के तहत 0 ℃ और 100 ℃ के बीच तापमान पर पानी के कई भौतिक गुणों को मापा। हैरानी की बात है कि उन्हें पानी की सतह के तनाव और इसके अपवर्तक सूचकांक (प्रकाश के माध्यम से कैसे यात्रा करता है) जैसे गुणों में लगभग 50 ℃ में एक गुंबद मिला।
यह कैसे हो सकता है? एक पानी के अणु, एच 2 ओ की संरचना बहुत ही रोचक है और इसे तीर की नोक की तरह चित्रित किया जा सकता है, जिसमें दो हाइड्रोजन परमाणुओं के शीर्ष पर ऑक्सीजन परमाणु प्रवाहित होता है। अणु में इलेक्ट्रॉनों को एक असममित तरीके से वितरित किया जाता है, जिससे ऑक्सीजन पक्ष हाइड्रोजन के सापेक्ष नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। यह सरल संरचनात्मक विशेषता हाइड्रोजन बॉन्डिंग के रूप में जाने वाले पानी के अणुओं के बीच एक तरह की बातचीत की ओर ले जाती है, जिसमें विपरीत चार्ज एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।
यह पानी के गुण देता है, जो कई मामलों में, अन्य सरल तरल पदार्थों के लिए देखे गए रुझानों को तोड़ते हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश अन्य पदार्थों के विपरीत, पानी का एक निश्चित द्रव्यमान एक ठोस (बर्फ) के रूप में एक (तरल) की तुलना में अधिक कमरे लेता है क्योंकि जिस तरह से यह एक विशिष्ट नियमित संरचना बनाता है। एक अन्य उदाहरण तरल पानी की सतह तनाव है, जो अन्य गैर-ध्रुवीय, सरल, तरल पदार्थों से लगभग दोगुना है।
पानी काफी सरल है, लेकिन बहुत सरल नहीं है। इसका मतलब यह है कि पानी के स्पष्ट अतिरिक्त चरण की व्याख्या करने के लिए एक संभावना यह है कि यह तरल क्रिस्टल की तरह थोड़ा व्यवहार करता है। अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड कम तापमान पर कुछ क्रम रखते हैं, लेकिन अंततः उच्च तापमान पर एक दूसरे, कम-ऑर्डर किए गए तरल चरण ले सकते हैं। यह शोधकर्ताओं द्वारा उनके डेटा में देखे गए किंक को समझा सकता है।
यदि पुष्टि की जाती है, तो लेखकों के निष्कर्ष कई अनुप्रयोग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि वातावरण में परिवर्तन (जैसे तापमान) किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में परिवर्तन का कारण बनता है, तो इसका उपयोग संभवतः संवेदन अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। शायद अधिक मौलिक रूप से, जैविक प्रणाली ज्यादातर पानी से बनी होती है। जैविक अणु (जैसे प्रोटीन) एक-दूसरे के साथ कैसे संपर्क करते हैं, यह उस विशिष्ट तरीके पर निर्भर करता है, जिसमें पानी के अणु तरल चरण बनाने की व्यवस्था करते हैं। यह समझते हुए कि पानी के अणु अलग-अलग तापमान पर औसतन खुद को कैसे व्यवस्थित करते हैं, इस बात पर प्रकाश डाल सकते हैं कि वे जैविक प्रणालियों में किस तरह से संपर्क करते हैं।
खोज सिद्धांतकारों और प्रयोगवादियों के लिए एक रोमांचक अवसर है, और एक सुंदर उदाहरण है कि कैसे सबसे परिचित पदार्थ अभी भी रहस्य छिपा हुआ है।
यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था। मूल लेख पढ़ें।
