पानी की सतह पर छिपे हुए पैटर्न मिले

अमेरिका में वैज्ञानिकों को इस बात के सबूत मिले हैं कि तरल पानी की सतह, यहां तक ​​कि कमरे के तापमान पर भी, एक ऐसी संरचना है जो पानी-वायु इंटरफेस के करीब पहुंचने पर बर्फ की तरह दिखती है। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के फिलिप गीस्लर और नाथन ओडेंडाहल, कंप्यूटर सिमुलेशन का प्रदर्शन किया हवा और पानी के बीच असमान इंटरफ़ेस और पहचाने गए क्रमबद्ध रूपांकनों के बारे में उनका तर्क है कि वे बर्फ के साथ महत्वपूर्ण समानताएं साझा करते हैं।

वायुमंडल से लेकर मानव फेफड़ों तक, ग्रह पर कई सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं पानी की बूंद की सतह पर होती हैं, जो इस शोध को भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में संभावित प्रभाव प्रदान करती हैं।

प्रयोगों में पहुंच योग्य नहीं होने वाले आणविक स्तर पर पानी का अध्ययन करने के लिए सिमुलेशन का उपयोग करने वाले गीस्लर ने कहा, "हमने इसके थोक पर्यावरण में पानी के बारे में समझने के लिए कई दशकों तक जिन चीजों पर काम किया है, वे इंटरफेस में गलत हो जाती हैं।" वायु-जल इंटरफ़ेस के स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप ने आश्चर्यजनक परिणाम उत्पन्न किए हैं, जो सतह पर क्रमबद्ध हाइड्रोजन बॉन्डिंग का सुझाव देते हैं। गीस्लर और ओडेंडाहल पिछले सिमुलेशन के बारे में उत्सुक थे, जिन्होंने इंटरफेशियल पानी की संरचना के लिए संदर्भ बिंदु के रूप में बर्फ का सुझाव दिया था, लेकिन उन्होंने नहीं सोचा था कि ये परिणाम निर्णायक थे। परिणामस्वरूप, उन्होंने इन पैटर्नों को अधिक विस्तार से खोजने का एक तरीका तैयार किया।

अव्यवस्था में संरचना की खोज

तरल पानी अव्यवस्थित होता है, इसलिए शोधकर्ताओं को पता था कि जिन संरचनाओं की वे तलाश कर रहे थे, उन्हें ढूंढना मुश्किल होगा, जो केवल कुछ अणुओं तक फैली हुई थीं और शोर के नीचे दबी हुई थीं। उनका विचार था कि पिछले शोधकर्ता विवरण खो रहे थे क्योंकि उन्होंने इंटरफ़ेस को एक सपाट विमान के रूप में माना था, जबकि यह वास्तव में नरम और ऊबड़-खाबड़ है। नरम वायु-जल इंटरफेस पर काम 10 साल पहले शुरू किया गया था और सतह के समानांतर परतों का पता चला था, लेकिन गीस्लर और ओडेंडाहल बर्फ के साथ संबंध खोजने के लिए इसका उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे।

गीस्लर ने कहा कि उन्हें आश्चर्य हुआ जब ओडेंडाहल ने उन्हें बर्फ और जल-वायु इंटरफेस को सुपरइम्पोज़ करने वाले पहले परिणाम दिखाए। उनका तर्क है कि, तात्कालिक इंटरफ़ेस के अतिरिक्त विवरण के साथ, पानी की सतह पर परतों को उप-परतों में विभाजित किया जा सकता है (ऊपर चित्र देखें)। समानांतर उपपरतें बर्फ के बेसल चेहरे की एक विशेषता हैं, और वे बर्फ और जल-वायु इंटरफेस में इन परतों के बीच एक हड़ताली समानता प्रस्तुत करते हैं, जिससे दोनों आश्वस्त हैं।

संदर्भ बिंदु के रूप में इन उप-परतों का उपयोग करते हुए, गीस्लर और ओडेंडाहल ने अणुओं के झुकाव की तुलना की, यह जानते हुए कि यह बर्फ में टेट्राहेड्रल पानी के अणुओं के लिए अच्छी तरह से परिभाषित है। जब शोधकर्ताओं ने पानी की सतह के पास ऑक्सीजन-हाइड्रोजन बांड की पसंदीदा दिशा का मानचित्रण किया, तो उन्होंने क्रम देखा, जिस पर उन्होंने फिर से तर्क दिया, यह बर्फ के चेहरे के अनुरूप प्रतीत होता है। ये पैटर्न कुछ आणविक व्यासों पर आधारित हैं, जो थोक पानी में अपेक्षित क्षणिक टेट्राहेड्रल संरचनाओं से बड़ा है।

टूटी हुई समरूपता पानी को व्यवस्थित होने के लिए बाध्य करती है

अपने निष्कर्षों के लिए तर्क देते हुए, ओडेंडाहल ने कहा, "उस लचीले इंटरफ़ेस के होने से वास्तव में हमें यह कहने का आत्मविश्वास मिला, यह सिर्फ कुछ मौका मेट्रिक्स नहीं है। यदि आप घनत्व को देखते हैं, यदि आप अभिविन्यास को देखते हैं, यदि आप कई परतों को देखते हैं, बस वह सब कुछ जो हमने देखा, एक मेल प्रतीत होता है।

हालाँकि, तरल पदार्थों के सांख्यिकीय यांत्रिकी पर शोध की व्याख्या करना हमेशा विवादास्पद होता है। जल-वायु इंटरफ़ेस पर चल रही बहस मूल प्रश्न पर आ जाएगी कि बर्फ को कैसे परिभाषित किया जाता है, और क्या एक संरचना जो केवल कुछ अणुओं तक फैली हुई है, उसे क्रिस्टल जैसी गुणों वाली कहा जा सकता है। अपने परिणामों पर विचार करते हुए, गीस्लर ने कहा, "अब हमारे पास इन संरचनात्मक रूपांकनों के बारे में सोचने के लिए यह संरचनात्मक संदर्भ बिंदु है, और मुझे लगता है कि यह अंततः एक बहुत ही उपयोगी वैचारिक उपकरण साबित होगा।"

अनुसंधान में वर्णित है अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल.