वैज्ञानिकों ने पता लगाया है कि समान आवेशित कण कभी-कभी आकर्षित हो सकते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

वैज्ञानिकों ने पता लगाया है कि समान आवेशित कण कभी-कभी आकर्षित हो सकते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

समय टिकट: 22 मार्च, 2024 6:10 पूर्वाह्न

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-caption=""इलेक्ट्रोसॉल्वेशन बल" पानी में निलंबित नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सिलिका माइक्रोपार्टिकल्स हेक्सागोनल क्लस्टर बनाने के लिए एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। (सौजन्य: झांग कांग)">
पानी में नकारात्मक रूप से आवेशित कण आकर्षित होकर षटकोणीय समूह बनाते हैं
"इलेक्ट्रोसॉल्वेशन बल" पानी में निलंबित नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सिलिका माइक्रोपार्टिकल्स हेक्सागोनल क्लस्टर बनाने के लिए एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। (सौजन्य: झांग कांग)

छोटी उम्र से, हमें स्कूल में सिखाया जाता है कि समान आरोप - चाहे दोनों सकारात्मक हों या दोनों नकारात्मक - एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे, जबकि विपरीत आरोप आकर्षित करेंगे। यह पता चला है कि कुछ शर्तों के तहत, समान शुल्क वास्तव में एक-दूसरे को आकर्षित कर सकते हैं। हाल ही में प्रकाशित कार्य में प्रकृति नैनो प्रौद्योगिकीऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने समाधानों में समान आवेशित कणों के आकर्षण का प्रदर्शन किया है।

प्रमुख वैज्ञानिक के लिए यात्रा शुरू हुई माधवी कृष्णन 2000 के दशक के मध्य में, जब वह "समान-आवेश आकर्षण समस्या” यह अध्ययन करते समय कि कैसे डीएनए अणु स्लिट-जैसे बक्सों में सिकुड़ गए। यह उम्मीद की गई थी कि डीएनए पैनकेक जैसी ज्यामिति में चपटा हो जाएगा, लेकिन इसके बजाय यह बॉक्स के किनारे के साथ संरेखित हो गया। किसी भी बाहरी ताकत को लागू किए बिना, एकमात्र स्पष्टीकरण यह था कि डीएनए बॉक्स की ओर आकर्षित हुआ था, बावजूद इसके कि दोनों नकारात्मक रूप से चार्ज थे। इस प्रकार, इस बात में दिलचस्पी पैदा हुई कि आकर्षण और प्रतिकर्षण वैसे नहीं हो सकते जैसे वे दिखते हैं।

हालाँकि समान-आवेश समस्या कोई नई जानकारी नहीं है। पिछले कुछ वर्षों में विभिन्न वैज्ञानिकों ने यह समझाने की कोशिश की है कि समान आवेश कैसे आकर्षित हो सकते हैं, जिनमें से कुछ शुरुआती कार्य सामने आए हैं लैंगमुइर इरविंग 1930 के दशक में वापस.

उन क्षेत्रों में से एक जहां समान-आवेश आकर्षण सबसे अधिक देखा जाता है वह तरल पदार्थ के भीतर है, और तरल पदार्थ के साथ ठोस पदार्थ की बातचीत है। कृष्णन बताते हैं, ''एक वैज्ञानिक के रूप में अपने शुरुआती दौर में ही मुझे इस समस्या का सामना करना पड़ा।'' भौतिकी की दुनिया. "द्रव चरण में एक बुनियादी और केंद्रीय घटना की वर्तमान समझ से इस तरह के मौलिक विचलन को ध्यान में रखते हुए, समस्या से मुंह मोड़ना कभी भी एक विकल्प नहीं होगा।"

बहुसंयोजक आयनों का उपयोग करके तरल पदार्थों में समान आवेशों का आकर्षण कई बार देखा गया है, लेकिन ये ज्ञात आयनिक प्रजातियाँ हैं जो DLVO (डेरजागुइन-लैंडौ-वेरवे-ओवरबीक) सिद्धांत से मुक्त हैं - यह उम्मीद है कि समान-आवेशित अणु लंबी दूरी पर प्रतिकर्षित होंगे। जब वैन डेर वाल्स बल अणुओं के बीच परस्पर क्रिया को प्रभावित करने के लिए बहुत कमजोर होते हैं।

हालाँकि, कई अणुओं से डीएलवीओ सिद्धांत के नियमों का पालन करने की उम्मीद की जाती है - जैसे न्यूक्लिक एसिड, लिपोसोम, पॉलिमर और जलीय मीडिया में कोलाइडल कण - जब समान चार्ज मौजूद होते हैं तो उनमें कुछ स्तर का आकर्षण होता है।

कुछ समान शुल्क क्यों लगते हैं?

सॉल्वैंट्स के भीतर आवेश आकर्षण के वर्तमान सिद्धांत तरल पदार्थ को एक सातत्य मानते हैं लेकिन विलायक के कुछ बारीक विवरणों और यह ठोस इंटरफेस के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है, इसे नजरअंदाज कर देते हैं। हालाँकि, नए सिद्धांतों से पता चलता है कि इंटरफ़ेस पर विलायक का व्यवहार दो चार्ज-ले जाने वाली वस्तुओं की कुल बातचीत मुक्त ऊर्जा पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है जब वे एक-दूसरे के पास आते हैं।

कृष्णन और सहकर्मियों के नवीनतम अध्ययन से पता चला है कि विलायक इंटरपार्टिकल इंटरैक्शन में एक अप्रत्याशित लेकिन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और चार्ज रिवर्सल समरूपता को तोड़ सकता है। टीम ने यह भी पाया कि विलायक जिस अंतरकणीय अंतःक्रिया के लिए जिम्मेदार है, वह समाधान के पीएच पर दृढ़ता से निर्भर करता है।

शोधकर्ताओं ने विभिन्न सॉल्वैंट्स के भीतर अकार्बनिक सिलिका, पॉलिमरिक कणों और पॉलीइलेक्ट्रोलाइट- और पॉलीपेप्टाइड-लेपित सतहों सहित ठोस कणों की एक श्रृंखला की जांच करने के लिए उज्ज्वल-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि एक जलीय घोल में, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं और क्लस्टर बनाते हैं, जबकि सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण विकर्षित होते हैं। हालाँकि, ऐसे सॉल्वैंट्स में जिनके इंटरफ़ेस पर एक उलटा द्विध्रुव होता है - जैसे अल्कोहल - विपरीत सच था: सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण एक-दूसरे को आकर्षित करते थे और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण विकर्षित होते थे।

कृष्णन कहते हैं, "निष्कर्ष उन बुनियादी सिद्धांतों के एक बड़े पुन: अंशांकन का सुझाव देंगे जिनके बारे में हमारा मानना ​​है कि वे अणुओं और कणों की परस्पर क्रिया को नियंत्रित करते हैं, और जिनका सामना हम अपनी स्कूली शिक्षा और शिक्षा के शुरुआती चरण में करते हैं।" "अध्ययन उस चीज़ के लिए आवश्यक समायोजन को प्रकाश में लाता है जिसे हम 'पाठ्यपुस्तक सिद्धांत' के रूप में मानते हैं।"

समान आवेशों के एक-दूसरे को आकर्षित करने का कारण विलायक का अंतरकणीय अंतःक्रिया पर बड़ा प्रभाव डालना बताया जाता है, जो समाधान में समान-आवेशित कणों को स्वचालित रूप से एकत्रित कर सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इंटरफ़ेस और स्थानीय इंटरफ़ेशियल सॉल्वेशन संरचना पर विद्युत चार्ज की ठोस कार्रवाई समाधान में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कार्यात्मक समूहों के बीच एक "इलेक्ट्रोसॉल्वेशन बल" उत्पन्न करती है, जिससे कण एक-दूसरे और क्लस्टर को आकर्षित करते हैं।

टीम ने यह भी पाया कि मुक्त ऊर्जा योगदान के संकेत और परिमाण दोनों का इस पर प्रभाव पड़ सकता है कि क्या कण स्व-इकट्ठे सिस्टम बनाते हैं (एक नकारात्मक मुक्त ऊर्जा सहजता और स्व-संयोजन को प्रेरित करेगी)। ऐसा माना जाता है कि ये समान-आवेश आकर्षण नैनोमीटर-स्केल जैविक प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार हैं, जैसे शरीर में मैक्रोमोलेक्यूल्स की बायोमोलेक्यूलर फोल्डिंग।

अध्ययन के प्रभाव के बारे में पूछे जाने पर, कृष्णन कहते हैं कि "प्रमुख खुली सीमा यह है कि यह अंतःक्रिया जीव विज्ञान को कैसे प्रभावित करती है। जीवविज्ञान आवेश से भरा हुआ है। ये बल वह आधार हैं जिस पर अणुओं के बीच परस्पर क्रिया होती है, जिस तरह वे एक साथ आते हैं, छोटे स्थानों में पैक होते हैं और अंततः अपना कार्य करते हैं, उसे प्रभावित करते हैं।

कृष्णन कहते हैं, "ये सबसे रोमांचक दिशाएँ हैं, और मुझे उम्मीद है कि हम सामान्य क्षेत्र में कम से कम कुछ दिलचस्प सवालों का जवाब देने में सक्षम होंगे।"

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