एक समग्र अवस्था में होना, जिसमें कमरे के तापमान पर गैसीय या तरल रूप होने की प्रवृत्ति होती है। बर्फ के गुणों का अध्ययन सैकड़ों साल पहले शुरू हुआ था। लगभग दो सौ साल पहले, वैज्ञानिकों ने पाया कि पानी एक साधारण यौगिक नहीं है, बल्कि एक जटिल रासायनिक तत्व है जिसमें ऑक्सीजन और हाइड्रोजन होता है। खोज के बाद पानी का सूत्र H2O जैसा दिखने लगा।

बर्फ की संरचना

H2O में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। एक शांत अवस्था में, हाइड्रोजन ऑक्सीजन परमाणु के शीर्ष पर स्थित होता है। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन आयनों को एक समद्विबाहु त्रिभुज के शीर्ष पर कब्जा करना चाहिए: ऑक्सीजन एक समकोण के शीर्ष पर स्थित है। जल की इस संरचना को द्विध्रुव कहते हैं।

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

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

क्रिस्टल की संरचना

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

बर्फ के आकार

बर्फ प्रकृति में सबसे आम पदार्थों में से एक है। पृथ्वी पर निम्नलिखित किस्में हैं:

• नदी;
• झील;
• समुद्री;
• फ़र्न;
• हिमनद;
• ज़मीन।

बर्फ है जो सीधे उच्च बनाने की क्रिया से बनती है, अर्थात। वाष्पशील अवस्था से। यह रूप एक कंकाल आकार लेता है (हम उन्हें बर्फ के टुकड़े कहते हैं) और वृक्ष के समान और कंकाल विकास (चूना, कर्कश) के समुच्चय।

सबसे आम रूपों में से एक है stalactites, यानी icicles। वे पूरी दुनिया में बढ़ते 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 को टपकाने से बनती है।

बर्फ की पट्टियों के रूप में संरचनाएं जो जल निकायों के किनारों पर, पानी और हवा की सीमा पर और साथ ही पोखर के किनारे पर दिखाई देती हैं, आइस बैंक कहलाती हैं।

झरझरा मिट्टी में रेशेदार नसों के रूप में बर्फ बन सकती है।

बर्फ गुण

पदार्थ विभिन्न अवस्थाओं में हो सकता है। इसके आधार पर प्रश्न उठता है कि 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 अनुपात की सीमा से उस मात्रा में दर्शाया जाता है जिसमें वह संलग्न है। पानी का घनत्व, अन्य पदार्थों की तरह, तापमान और दबाव का एक कार्य है। आमतौर पर गणना में 1000 किग्रा / मी 3 के बराबर पानी के निरंतर घनत्व का उपयोग किया जाता है। अधिक सटीक घनत्व संकेतक को केवल तभी ध्यान में रखा जाता है जब परिणामी घनत्व अंतर के महत्व के कारण गणना को बहुत सटीक रूप से करना आवश्यक हो।
   बर्फ के घनत्व की गणना करते समय, यह ध्यान में रखा जाता है कि किस प्रकार का पानी बर्फ बन गया है: जैसा कि आप जानते हैं, खारे पानी का घनत्व आसुत जल की तुलना में अधिक होता है।
2. पानी का तापमान। आमतौर पर शून्य डिग्री के तापमान पर होता है। ठंड की प्रक्रिया गर्मी के निकलने के साथ कूद में होती है। रिवर्स प्रक्रिया (पिघलने) तब होती है जब उतनी ही मात्रा में गर्मी अवशोषित होती है, जो जारी की गई थी, लेकिन बिना छलांग के, लेकिन धीरे-धीरे।
   प्रकृति में, ऐसी स्थितियां होती हैं जिनमें पानी का सुपरकूलिंग होता है, लेकिन यह जमता नहीं है। कुछ नदियाँ -2 डिग्री के तापमान पर भी अपना पानी तरल रखती हैं।
3. प्रत्येक डिग्री के लिए शरीर को गर्म करने पर अवशोषित होने वाली ऊष्मा की मात्रा। एक विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जो एक किलोग्राम आसुत जल को एक डिग्री गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की विशेषता होती है।
4. संपीड्यता। बर्फ और बर्फ की एक अन्य भौतिक संपत्ति संपीड्यता है, जो बढ़े हुए बाहरी दबाव के प्रभाव में मात्रा में कमी को प्रभावित करती है। पारस्परिक 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 हल्की नीली रोशनी में दिखाई देती है। समुद्री बर्फ पूरी तरह से अलग हो सकती है: नीला, हरा, नीला, सफेद, भूरा, और एक स्टील टिंट है। कभी-कभी काली बर्फ देखी जा सकती है। यह बड़ी मात्रा में खनिजों और विभिन्न कार्बनिक अशुद्धियों के कारण यह रंग प्राप्त करता है।

बर्फ के यांत्रिक गुण

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

बर्फ एक लोचदार, चिपचिपा, प्लास्टिक गठन है, लेकिन ऐसी स्थितियां हैं जिनके तहत यह कठोर और बहुत भंगुर हो जाती है।

समुद्री बर्फ और मीठे पानी की बर्फ अलग हैं: पूर्व बहुत अधिक प्लास्टिक और कम टिकाऊ है।

जहाजों को पार करते समय, बर्फ के यांत्रिक गुणों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। बर्फीली सड़कों, फ़ेरी आदि का उपयोग करते समय भी यह महत्वपूर्ण है।

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

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

बर्फ क्रिस्टल (स्नोफ्लेक्स) के रूप में ठोस वर्षा है। बर्फ के टुकड़े के आकार की एक असाधारण विस्तृत विविधता है। उनमें से सबसे सरल हैं: सुई, पोस्ट और प्लेट। इसके अलावा, स्नोफ्लेक्स के कई जटिल रूप हैं: सुई सितारे; प्लेट सितारे; कई स्तंभों से युक्त हेजहोग; सिरों पर प्लेटों और सितारों के साथ पोस्ट। कुछ स्तंभ आकृतियों में आंतरिक गुहाएँ या प्याले जैसी आकृतियाँ होती हैं; 12-किरण तारे भी मिलते हैं। अलग-अलग स्नोफ्लेक्स के आकार बहुत भिन्न हो सकते हैं। सुई सितारों में आमतौर पर सबसे बड़ा रैखिक आयाम होता है (उनकी त्रिज्या 4-5 मिमी तक पहुंचती है)। बर्फ के टुकड़े अक्सर आपस में जुड़ जाते हैं और गुच्छे के रूप में गिर जाते हैं। गुच्छे का आकार बहुत बड़ा हो सकता है, 15-20 सेमी तक की त्रिज्या वाले गुच्छे देखे गए हैं। बर्फ के टुकड़े का आकार पानी के अणुओं के आंतरिक क्रम को दर्शाता है जब वे ठोस अवस्था में होते हैं - बर्फ के रूप में या बर्फ। स्नोफ्लेक्स उसी तरह से बढ़ते हैं जैसे किसी भी पदार्थ के क्रिस्टल जो एक तरल से ठोस अवस्था में जाते हैं, बढ़ते हैं: एक दूसरे के साथ जुड़कर, पानी के अणु आपसी आकर्षण की ताकतों को अधिकतम करते हैं और प्रतिकारक बलों को कम करते हैं, क्योंकि सिस्टम की ऊर्जा कम हो जाती है क्रिस्टलीकरण। कुछ ही मिनटों में, एक गर्म सतह पर गिरने से, एक बर्फ का टुकड़ा अपनी सजावटी संरचना खो देगा, इसकी अनूठी छवि जो खुद को कभी नहीं दोहराएगी।

बर्फ किससे बनी होती है? बर्फ के टुकड़े और बर्फ के क्रिस्टल दोनों बर्फ से बनते हैं। एक बर्फ क्रिस्टल, जैसा कि इसके नाम का तात्पर्य है, एक एकल बर्फ क्रिस्टल है। स्नोफ्लेक एक अधिक सामान्य शब्द है; इसका मतलब या तो एक व्यक्तिगत बर्फ क्रिस्टल हो सकता है, कई बर्फ क्रिस्टल जो एक साथ चिपकते हैं, या बर्फ क्रिस्टल के बड़े समूह 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 स्टिक हाइड्रोजन परमाणु हैं। एक ऑक्सीजन के लिए दो हाइड्रोजन - H2O। बर्फ के टुकड़े की छह गुना समरूपता बर्फ की क्रिस्टल जाली से निकलती है। स्नोफ्लेक्स जल वाष्प से बढ़ते हैं। स्नोफ्लेक्स जमी हुई बारिश की बूंदें नहीं हैं। कभी-कभी वर्षा की बूंदें गिरते ही जम जाती हैं, लेकिन इसे ओलावृष्टि कहते हैं। ओलों में बर्फ के क्रिस्टल में पाए जाने वाले विस्तृत और सममित पैटर्न नहीं 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 की वृद्धि के कारण होते हैं। क्रिस्टलीय बर्फ का सबसे बुनियादी रूप ऊपर दिखाया गया हेक्सागोनल प्रिज्म है। यह संरचना उत्पन्न होती है क्योंकि कुछ क्रिस्टल 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 समतल बनाने वाले की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से कोई भी नहीं है, क्योंकि कोने एक दूसरे के साथ अणुओं के बंधन बनाने की अधिक संभावना रखते हैं। इसे आसानी से एक चतुर्भुज क्रिस्टल के साथ प्रदर्शित किया जा सकता है - सबसे सरल रूप। हेक्सागोनल प्रिज्म के साथ भी यही कहानी है। फोटो में वाल्टर टेप द्वारा दक्षिणी ध्रुव पर एकत्र किए गए हेक्सागोनल स्नोफ्लेक्स को दिखाया गया है। ये बर्फ के टुकड़े काफी बड़े हो गए, क्योंकि वे बहुत लंबे समय तक जमे हुए थे, जिसने बर्फ के क्रिस्टल के गठन के नियम को पूरी तरह से प्रकट करने की अनुमति दी थी। एक हेक्सागोनल प्रिज्म में दो हेक्सागोनल "आधार" सतह और छह आयताकार "प्रिज्मीय" सतह शामिल हैं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। ध्यान दें कि सतहों की वृद्धि दर के आधार पर एक हेक्सागोनल प्रिज्म प्लेट या स्तंभ हो सकता है। जब बर्फ के क्रिस्टल बहुत छोटे होते हैं, तो वे अधिकांश भाग के लिए साधारण हेक्सागोनल प्रिज्म के रूप में मौजूद होते हैं। लेकिन जैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, प्रिज्म के कोनों से "शाखाएं" निकलती हैं, और अधिक जटिल आकार बनाती हैं।

बर्फ के टुकड़े के जटिल आकार की उत्पत्ति। इस प्रश्न का उत्तर इस बात में निहित है कि कैसे पानी के अणु हवा के माध्यम से बढ़ते हुए बर्फ के क्रिस्टल पर संघनित होते हैं। अणु क्रिस्टल तक पहुंचने के लिए हवा के माध्यम से यात्रा करते हैं, और यह प्रसार उनके विकास को धीमा कर देता है। बढ़ते क्रिस्टल तक पहुंचने के लिए अधिक दूर के पानी के अणुओं को हवा में लंबी यात्रा करनी चाहिए। तो, एक सपाट बर्फ की सतह पर विचार करें जो हवा में बढ़ती है। यदि एक छोटी सी टक्कर होती है और सतह पर बनी रहती है, तो इसका निशान बाकी क्रिस्टल की तुलना में थोड़ा आगे निकल जाता है। इसका मतलब है कि पानी के अन्य अणु बाकी क्रिस्टल की तुलना में इस स्थान पर तेजी से पहुंच सकते हैं, क्योंकि उन्हें इसकी ओर आगे बढ़ना होता है।

जैसे-जैसे टक्कर स्थल तक पहुँचने वाले पानी के अणुओं की संख्या बढ़ती है, टक्कर स्थल तेजी से बढ़ता है। थोड़े समय के बाद, टकराव अधिक बार होता है, और विकास और भी तेजी से होता है। तब जिसे शाखाकरण अस्थिरता कहा जाता है, वह होता है - बड़ी शाखाओं पर नए छोटे टकराव उत्पन्न होते हैं, और पार्श्व शाखाओं के निर्माण का स्थान बन जाते हैं। इस तरह जटिलता पैदा होती है। यह अस्थिरता बर्फ के क्रिस्टल के जटिल आकार के निर्माण का मुख्य कारण है।

जब बर्फ के क्रिस्टल पर बार-बार शाखाकरण अस्थिरता लागू होती है, तो परिणाम वह होता है जिसे आइस डेन्ड्राइट कहा जाता है। शब्द "डेंड्राइट" का अर्थ है "आर्बोरियल" और तारकीय ट्रेलेइक बर्फ क्रिस्टल आम हैं। प्रयोगशाला में पानी के अणुओं की प्रसार दर को बदला जा सकता है। यदि बर्फ के क्रिस्टल वायुमंडलीय दबाव के नीचे हवा में उगाए जाते हैं, तो वे कम शाखित होते हैं। इसका कारण यह है कि प्रसार कम दबाव पर विकास को बाधित नहीं करता है, इसलिए शाखाओं की अस्थिरता इतनी तीव्र नहीं है। उच्च दाब पर, अधिक शाखित हिम क्रिस्टल बनते हैं। बर्फ के क्रिस्टल की वृद्धि पहलुओं और शाखाओं के बीच संतुलन पर निर्भर करती है। चेहरे सरल सपाट सतह बनाते हैं, जबकि शाखाएं अधिक जटिल संरचनाएं बनाती हैं। किनारों और शाखाओं के बीच की बातचीत सूक्ष्म और तापमान और आर्द्रता जैसे मापदंडों पर अत्यधिक निर्भर है। इसका मतलब है कि बर्फ के क्रिस्टल कई अलग-अलग तरीकों से विकसित हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बहुत सारी विविधताएं होती हैं जो बर्फ के टुकड़ों के आकार में देखी जाती हैं।

प्रसिद्ध खगोलशास्त्री जोहान्स केप्लर ने सबसे पहले बर्फ के टुकड़ों का अध्ययन किया था। 1611 में उन्होंने "हेक्सागोनल स्नोफ्लेक्स पर" एक ग्रंथ प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने मुख्य रूप से उनकी संरचना के ज्यामितीय पहलुओं का विश्लेषण किया। अगली सफलता को दो शताब्दियों से अधिक समय तक इंतजार करना पड़ा। अपने 15वें जन्मदिन पर, मेरी माँ ने अपने बेटे, वरमोंट के एक युवा किसान, विल्सन एल्विन बेंटले, एक माइक्रोस्कोप दिया। और उसने उसमें बर्फ के टुकड़े देखने का निश्चय किया। 15 जनवरी, 1885 को, उन्होंने एक बर्फ के टुकड़े की पहली तस्वीर एक माइक्रोस्कोप से एक कैमरा लगाकर और काले कागज की पृष्ठभूमि के खिलाफ उसकी तस्वीर खींची। अपने जीवन के अंत तक, उन्हें 5381 हिमपात के चित्र प्राप्त हुए। 1920 में उन्हें राष्ट्रीय मौसम सेवा में एक पद और उनके शोध के लिए $ 25 का अनुदान प्राप्त होगा, और न केवल खेतों पर, बल्कि कैनेटीक्स और क्रिस्टलोग्राफरों की प्रयोगशालाओं में भी बर्फ गिरनी शुरू हो जाएगी। लेकिन यह बेंटले था जिसने पहली बार कहा था कि उसने कभी भी दो समान हिमपात नहीं देखे थे। एक व्यापक मान्यता है कि प्रकृति में दो समान बर्फ के टुकड़े नहीं होते हैं। ऐसा लगता है, यह कैसे हो सकता है। लाखों आसमान से बरस रहे हैं। लेकिन, दूसरी ओर, यदि आप बहुत मोटे तौर पर सोचते हैं, तो बर्फ के टुकड़े में लगभग 1020 पानी के अणु होते हैं, और मानव आंख एक हिमपात के लगभग 100 दृश्य मापदंडों को निर्धारित करने में सक्षम होती है। तो इस तरह के मोज़ेक को एक सीमित, लेकिन बहुत बड़ी संख्या में तरीकों से बनाया जा सकता है। और अगर आपको याद है कि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं के अलग-अलग समस्थानिक हैं, लेकिन पानी में अभी भी अशुद्धियाँ हैं ... सामान्य तौर पर, यह स्वीकार करने योग्य है कि प्रकृति में दो समान बर्फ के टुकड़े नहीं हैं। लेकिन क्रिस्टल का एक सममित आकार होता है। इतने छोटे स्थान में मैक्रोस्कोपिक कारक (तापमान, दबाव, विभिन्न पदार्थों की सांद्रता) एक समय में क्रिस्टल नाभिक की वर्तमान स्थिति में बहुत अधिक अंतर नहीं होता है, और सभी दिशाओं में वृद्धि समान होती है। एक बमर तक या, इसके विपरीत, चिपकना होता है।

शुद्ध पानी एक रंगहीन पारदर्शी तरल है। ठोस अवस्था से तरल में संक्रमण के दौरान पानी का घनत्व कम नहीं होता है, जैसा कि लगभग सभी पदार्थों में होता है, लेकिन बढ़ जाता है। जब पानी को 0 से 4°C तक गर्म किया जाता है तो उसका घनत्व भी बढ़ जाता है। 4 डिग्री सेल्सियस पर, पानी का घनत्व अधिकतम होता है, और केवल आगे गर्म करने पर इसका घनत्व कम हो जाता है।

यदि, तापमान में कमी के साथ और तरल अवस्था से ठोस अवस्था में संक्रमण के साथ, पानी का घनत्व उसी तरह बदल जाता है जैसे कि अधिकांश पदार्थों के लिए होता है, तो सर्दियों के आगमन के साथ, सतह की परतें प्राकृतिक जल ठंडा हो गया होगा। 0 डिग्री सेल्सियस तक नीचे चला जाएगा और नीचे तक डूब जाएगा, गर्म परतों के लिए जगह खाली कर देगा, और यह तब तक जारी रहेगा जब तक जलाशय के पूरे द्रव्यमान में 0 डिग्री सेल्सियस का तापमान नहीं हो जाता। इसके अलावा, पानी जमना शुरू हो जाएगा, गठित बर्फ नीचे की ओर डूब जाएगी और जलाशय अपनी पूरी गहराई तक जम जाएगा। हालांकि, पानी में जीवन के कई रूप असंभव होंगे। लेकिन चूंकि पानी 4 डिग्री सेल्सियस पर अपने उच्चतम घनत्व तक पहुंच जाता है, इस तापमान तक पहुंचने पर इसकी परतों की गति, ठंडा होने के कारण समाप्त हो जाती है। तापमान में और कमी के साथ, ठंडी परत, जिसका घनत्व कम होता है, सतह पर बनी रहती है, जम जाती है और इस तरह अंतर्निहित परतों को और अधिक ठंडा और जमने से बचाती है।

प्रकृति के जीवन में बहुत महत्व इस तथ्य का है कि पानी। असामान्य रूप से उच्च गर्मी क्षमता है, इसलिए, रात में, साथ ही गर्मी से सर्दियों में संक्रमण के दौरान, पानी धीरे-धीरे ठंडा होता है, और दिन में या सर्दी से गर्मी में संक्रमण के दौरान, यह भी धीरे-धीरे गर्म होता है, इस प्रकार ग्लोब पर तापमान नियामक।

इस तथ्य के कारण कि जब बर्फ पिघलती है, तो पानी का आयतन कम हो जाता है, दबाव बर्फ के गलनांक को कम कर देता है। यह ले चेटेलियर के सिद्धांत से चलता है। दरअसल, रहने दो। बर्फ और तरल पानी 0 डिग्री सेल्सियस पर संतुलन में हैं। बढ़ते दबाव के साथ, ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, संतुलन उस चरण के गठन की ओर बढ़ जाता है जो समान तापमान पर कम मात्रा में होता है। यह चरण इस मामले में एक तरल है। इस प्रकार, ° पर दबाव में वृद्धि के कारण बर्फ एक तरल में बदल जाती है, जिसका अर्थ है कि बर्फ के पिघलने का तापमान कम हो जाता है।

पानी के अणु में कोणीय संरचना होती है; इसकी संरचना में शामिल नाभिक एक समद्विबाहु त्रिभुज बनाते हैं, जिसके आधार पर दो प्रोटॉन होते हैं, और शीर्ष पर एक ऑक्सीजन परमाणु का नाभिक होता है। OH की आंतरिक दूरी 0.1 एनएम के करीब होती है, के नाभिक के बीच की दूरी हाइड्रोजन परमाणु लगभग 0.15 एनएम है। पानी के अणु में ऑक्सीजन परमाणु की बाहरी इलेक्ट्रॉन परत बनाने वाले आठ इलेक्ट्रॉनों में से दो इलेक्ट्रॉन जोड़े सहसंयोजक ओ-एच बांड बनाते हैं, और शेष चार इलेक्ट्रॉन दो अकेले इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं।

जल के अणु में ऑक्सीजन परमाणु -aea?Eaecaoee अवस्था में होता है। इसलिए, बंधन कोण НОН (104.3 °) टेट्राहेड्रल (109.5 °) के करीब है। ओ - एच बांड बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों को अधिक विद्युतीय ऑक्सीजन परमाणु की ओर विस्थापित किया जाता है। नतीजतन, हाइड्रोजन परमाणु प्रभावी सकारात्मक चार्ज प्राप्त करते हैं, जिससे इन परमाणुओं पर दो सकारात्मक ध्रुव बनते हैं। हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में स्थित ऑक्सीजन परमाणु के एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड़े के ऋणात्मक आवेशों के केंद्र परमाणु नाभिक के सापेक्ष विस्थापित हो जाते हैं और दो ऋणात्मक ध्रुव बनाते हैं।

वाष्पशील जल का आणविक भार 18 है और यह इसके सरलतम सूत्र के अनुरूप है। हालांकि, अन्य सॉल्वैंट्स में इसके समाधान का अध्ययन करके निर्धारित तरल पानी का आणविक भार अधिक हो जाता है। यह इंगित करता है कि तरल पानी में अणुओं का एक जुड़ाव होता है, अर्थात उनका अधिक जटिल समुच्चय में संबंध होता है। इस निष्कर्ष की पुष्टि पानी के गलनांक और क्वथनांक के असामान्य रूप से उच्च मूल्यों से भी होती है। पानी के अणुओं का जुड़ाव उनके बीच हाइड्रोजन बांड के बनने के कारण होता है।

ठोस पानी (बर्फ) में, प्रत्येक अणु का ऑक्सीजन परमाणु उस योजना के अनुसार पड़ोसी पानी के अणुओं के साथ दो हाइड्रोजन बांड बनाने में भाग लेता है जिसमें हाइड्रोजन बांड एक बिंदीदार रेखा द्वारा दिखाए जाते हैं। बर्फ की आयतन संरचना का आरेख चित्र में दिखाया गया है। हाइड्रोजन बंधों के बनने से पानी के अणुओं की व्यवस्था होती है जिसमें वे एक दूसरे को अपने विपरीत ध्रुवों से स्पर्श करते हैं। अणु परतें बनाते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक ही परत से संबंधित तीन अणुओं से जुड़ा होता है, और एक आसन्न परत से होता है। बर्फ की संरचना सबसे कम घनी संरचनाओं से संबंधित है, इसमें रिक्तियां हैं, सबसे कम घने ढांचे के आकार हैं, इसमें रिक्तियां हैं, जिनके आयाम अणु के आकार से कुछ हद तक बड़े हैं।

जब बर्फ पिघलती है तो उसकी संरचना नष्ट हो जाती है। लेकिन तरल पानी में भी, अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड बनाए रखा जाता है: सहयोगी बनते हैं - जैसे बर्फ की संरचना के टुकड़े - अधिक या कम संख्या में पानी के अणुओं से मिलकर। हालांकि, बर्फ के विपरीत, प्रत्येक सहयोगी बहुत कम समय के लिए मौजूद होता है: कुछ समुच्चय का विनाश और अन्य समुच्चय का गठन लगातार होता है। एकल पानी के अणु ऐसे "बर्फ" समुच्चय के रिक्त स्थान में स्थित हो सकते हैं; ऐसी स्थिति में पानी के अणुओं की पैकिंग सघन हो जाती है। इसीलिए, जब बर्फ पिघलती है, तो पानी का आयतन कम हो जाता है और उसका घनत्व बढ़ जाता है।

जैसे-जैसे पानी गर्म होता है, उसमें बर्फ की संरचना का मलबा कम होता जाता है, जिससे पानी के घनत्व में और वृद्धि होती है। 0 से 4 डिग्री सेल्सियस के तापमान में, यह प्रभाव थर्मल विस्तार पर प्रबल होता है, जिससे पानी का घनत्व बढ़ता रहता है। हालाँकि, जब 4 ° C से ऊपर गर्म किया जाता है, तो अणुओं की बढ़ी हुई तापीय गति का प्रभाव प्रबल होता है और पानी का घनत्व कम हो जाता है। अतः 4°C पर जल का घनत्व अधिकतम होता है।

जब पानी गर्म किया जाता है, तो गर्मी का कुछ हिस्सा हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ने पर खर्च होता है (पानी में हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ने की ऊर्जा लगभग 25 kJ/mol है)। यह पानी की उच्च ताप क्षमता की व्याख्या करता है।

हमारे जीवन में पानी सबसे व्यापक और सबसे आम पदार्थ है। मानव शरीर 70% पानी है, और हमारे आसपास के प्राकृतिक वातावरण में भी 70% पानी होता है।

हम स्कूली पाठ्यपुस्तकों से जानते हैं कि पानी के अणु में एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, अर्थात। सबसे छोटे और सबसे हल्के अणुओं में से एक। पानी के उन गुणों के बारे में जो हम लगातार उपयोग करते हैं, हमारे लिए सभी सामान्यता और स्पष्टता के साथ, तरल पानी के विरोधाभास हैं जो पृथ्वी पर जीवन के रूपों को भी निर्धारित करते हैं।

तरल पानी का घनत्व बर्फ के घनत्व से अधिक होता है। इसलिए, जमने पर बर्फ का आयतन बढ़ जाता है, बर्फ पानी की सतह पर तैरने लगती है।

पानी का घनत्व अधिकतम 4 डिग्री सेल्सियस पर होता है, न कि गलनांक पर; यह इस तापमान के दाएं और बाएं दोनों ओर घटता है।

बढ़ते दबाव के साथ पानी की चिपचिपाहट कम हो जाती है।

पानी का क्वथनांक पदार्थों के आणविक भार पर क्वथनांक की सामान्य निर्भरता से स्वतंत्र होता है (चित्र 1.1)। अन्यथा, यह 60 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होना चाहिए।

पानी की गर्मी क्षमता किसी भी अन्य तरल की तुलना में कम से कम दोगुनी होती है।

वाष्पीकरण की गर्मी (~ 2250 kJ / kg) किसी भी अन्य तरल की तुलना में कम से कम तीन गुना अधिक है, इथेनॉल की तुलना में 8 गुना अधिक है।

पानी के इस अंतिम गुण पर विचार करें। वाष्पीकरण की ऊष्मा वह ऊर्जा है जो अणुओं के बीच के बंधन को संघनित चरण से गैसीय चरण में संक्रमण के दौरान तोड़ने के लिए आवश्यक है। इसका मतलब यह है कि सभी विरोधाभासी गुणों का कारण पानी के अंतर-आणविक बंधनों की प्रकृति में है, और यह बदले में, पानी के अणु की संरचना से निर्धारित होता है।

चित्र 1.1। विभिन्न यौगिकों और उनके क्वथनांक के आणविक भार के अनुपात की सीमा।

1. यह क्या है - एक पानी का अणु?

1780 में। लैवोज़ियर ने प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया कि पानी में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन होते हैं, हाइड्रोजन के दो खंड ऑक्सीजन के एक आयतन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, और यह कि पानी में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का द्रव्यमान अनुपात 2:16 है। 1840 तक, यह स्पष्ट हो गया कि पानी का आणविक सूत्र एच 2 ओ।

एक अणु में तीन नाभिक एक समद्विबाहु त्रिभुज बनाते हैं जिसके आधार पर दो प्रोटॉन होते हैं (चित्र 1.2)। पानी के अणु का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र [(1S 2)] [(1S 2) (2S 2) (2P 4)] है।

चित्र 1.2.मो बाध्यकारी की एक प्रणाली का गठन। ऑक्सीजन परमाणु के 2p-कक्षकों का और 1एस-ऑक्सीजन परमाणु के कक्षक और 1एस-हाइड्रोजन परमाणुओं के कक्षक।

ऑक्सीजन के दो इलेक्ट्रॉनों 2p के संबंध में हाइड्रोजन 1s के दो इलेक्ट्रॉनों की भागीदारी के कारण, स्पिब्रिडाइजेशन होता है और 104.5 ° के बीच एक विशेषता कोण के साथ हाइब्रिड एसपी 3 ऑर्बिटल्स बनते हैं, साथ ही विपरीत चार्ज के दो ध्रुव भी बनते हैं। ओ-एच बांड की लंबाई 0.95 (0.095 एनएम) है, प्रोटॉन के बीच की दूरी 1.54 Å (0.154 एनएम) है। चित्र 1.3 पानी के अणु का इलेक्ट्रॉनिक मॉडल दिखाता है।

चित्र 1.3। अणु H . का इलेक्ट्रॉनिक मॉडल 2 ओ

आठ इलेक्ट्रॉन तीन तलों (कोण 90 .) में स्थित चार कक्षकों में जोड़े में घूमते हैं हे ) जो घन में फिट हो जाता है। 1, 2 - इलेक्ट्रॉनों के एकाकी जोड़े।

इस विचार का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम: आवेश वितरण की विषमता H2O अणु को द्विध्रुव में बदल देती है: प्रोटॉन दो सकारात्मक छोरों पर स्थित होते हैं, और ऑक्सीजन p-इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े दो नकारात्मक छोरों पर स्थित होते हैं।

इस प्रकार, एक पानी के अणु को त्रिकोणीय पिरामिड के रूप में माना जा सकता है - एक टेट्राहेड्रोन, जिसके कोनों पर चार चार्ज होते हैं - दो सकारात्मक और दो नकारात्मक।

ये आवेश अपने निकटतम वातावरण का निर्माण करते हैं, पड़ोसी पानी के अणुओं को कड़ाई से परिभाषित तरीके से खोलते हैं - ताकि दो ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच हमेशा केवल एक हाइड्रोजन परमाणु हो। ऐसी अंतर-आणविक संरचना की कल्पना और अध्ययन करने का सबसे आसान तरीका पानी पर ठोस अवस्था में है। चित्र 1.4 बर्फ की संरचना को दर्शाता है।

चावल। 1.4. हेक्सागोनल बर्फ संरचना

संरचना O-H… O बांड द्वारा एक साथ रखी जाती है। एक हाइड्रोजन परमाणु की मध्यस्थता के माध्यम से पड़ोसी पानी के अणुओं के दो ऑक्सीजन परमाणुओं के इस तरह के संयोजन को हाइड्रोजन बंधन कहा जाता है।

हाइड्रोजन बांड निम्नलिखित कारणों से होता है:

1 - एक प्रोटॉन में केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, इसलिए दो परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण न्यूनतम होता है। एक प्रोटॉन को बस एक पड़ोसी परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में डुबोया जाता है, जिससे परमाणुओं के बीच की दूरी 20-30% (1 तक) कम हो जाती है;

2 - पड़ोसी परमाणु का एक बड़ा वैद्युतीयऋणात्मकता मान होना चाहिए। पारंपरिक शब्दों में (पॉलिंग के अनुसार) इलेक्ट्रोनगेटिविटी एफ - 4.0; ओ - 3.5; एन - 3.0; सीएल - 3.0; सी - 2.5; एस - 2.5।

एक पानी के अणु में चार हाइड्रोजन बांड हो सकते हैं, दो में यह एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है, दो में - एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में। और ये बंधन पड़ोसी पानी के अणुओं और अन्य पदार्थों के साथ उत्पन्न हो सकते हैं।

तो, द्विध्रुवीय क्षण, H-O-H कोण और O-H ... O हाइड्रोजन बंधन पानी के अद्वितीय गुणों को निर्धारित करते हैं और हमारे चारों ओर की दुनिया के निर्माण में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं।

के. रसायन।

आधुनिक जल मॉडल

यदि हम स्कूल के रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में एक छोटा भ्रमण करते हैं, तो हमें याद आता है कि दो इलेक्ट्रॉन जोड़े हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन बनाते हैं, और शेष दो इलेक्ट्रॉन जोड़े मुक्त रहते हैं और कहलाते हैं अविभाजित... पानी के अणु में कोणीय संरचना होती है, H-O-H कोण 104.5 डिग्री होता है।

चावल। जल अणु

चूंकि ऑक्सीजन परमाणु में हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं (रसायनज्ञ कहते हैं कि ऑक्सीजन परमाणु अधिक विद्युतीय है), दो हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों को अधिक विद्युतीय ऑक्सीजन परमाणु की ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिससे हाइड्रोजन परमाणुओं के दो धनात्मक आवेश होते हैं। ऑक्सीजन परमाणु के ऋणात्मक आवेश द्वारा दो परमाणुओं द्वारा प्रतिपूर्ति की जाती है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन बादल में एक अमानवीय घनत्व होता है। हाइड्रोजन नाभिक के पास इलेक्ट्रॉन घनत्व की कमी होती है, और ऑक्सीजन नाभिक के पास अणु के विपरीत दिशा में इलेक्ट्रॉन घनत्व की अधिकता देखी जाती है। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि पानी का अणु एक छोटा द्विध्रुव है जिसमें ध्रुवों पर धनात्मक और ऋणात्मक आवेश होते हैं। यह वह संरचना है जो पानी के अणु की ध्रुवीयता को निर्धारित करती है। यदि हम धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के उपकेंद्रों को सीधी रेखाओं से जोड़ते हैं, तो हमें एक त्रि-आयामी ज्यामितीय आकृति मिलती है - एक नियमित टेट्राहेड्रोन। लेकिन ऐसा टेट्राहेड्रोन पानी की संरचना का केवल पहला बुनियादी स्तर है।

चावल। पानी के अणु की संरचना: क) कोणीय; बी) गेंद; ग) चतुष्फलकीय

पानी के रासायनिक संगठन का दूसरा स्तर पानी के टेट्राहेड्रोन की हाइड्रोजन बांड नामक विशेष बांड बनाने की क्षमता से निर्धारित होता है, जो अलग-अलग अणुओं को एक दूसरे से सहयोगियों में बांधता है।

हाइड्रोजन बांड इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के रसायन विज्ञान में वैश्विक महत्व का है और मुख्य रूप से कमजोर इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों और प्रभावों के कारण होता है। यह तब होता है जब एक पानी के अणु का एक इलेक्ट्रॉन-रहित हाइड्रोजन परमाणु एक पड़ोसी पानी के अणु के ऑक्सीजन परमाणु के इकलौते इलेक्ट्रॉन जोड़े के साथ संपर्क करता है।

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चावल। प्रत्येक जल अणु चार पड़ोसी अणुओं के साथ हाइड्रोजन बांड बनाने में सक्षम है

बर्फ की क्रिस्टल संरचना में, प्रत्येक अणु टेट्राहेड्रोन के शीर्षों की ओर निर्देशित 4 हाइड्रोजन बंधों में भाग लेता है। इस टेट्राहेड्रोन के केंद्र में एक ऑक्सीजन परमाणु होता है, दो शीर्षों में - एक हाइड्रोजन परमाणु, जिसके इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ सहसंयोजक बंधन के निर्माण में शामिल होते हैं। शेष दो शीर्षों पर ऑक्सीजन संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के जोड़े रहते हैं, जो अंतःआण्विक बंधों के निर्माण में शामिल नहीं होते हैं।

चावल ... बर्फ के क्रिस्टल जाली में हाइड्रोजन बांड

बर्फ के विपरीत, तरल पानी में, हाइड्रोजन बांड आसानी से नष्ट हो जाते हैं और जल्दी से बहाल हो जाते हैं, जिससे पानी की संरचना अत्यंत परिवर्तनशील हो जाती है। यह इन कनेक्शनों के लिए धन्यवाद है कि पानी के अजीबोगरीब सहयोगी - इसके संरचनात्मक तत्व - पानी के अलग-अलग माइक्रोवॉल्यूम में लगातार उत्पन्न होते हैं। यह सब पानी की संरचना में विषमता की ओर जाता है।

पानी की संरचना में विषमांगी होने का पहला विचार 1884 में व्हिटिंग द्वारा व्यक्त किया गया था। उनके लेखकत्व का उल्लेख मोनोग्राफ "द नेचर ऑफ वॉटर" में किया गया है। भारी पानी ”, 1935 में प्रकाशित हुआ। उसके बाद, बहुत सारी रचनाएँ दिखाई दीं जिनमें पानी को विभिन्न रचनाओं ("हाइड्रोल") के सहयोगियों का मिश्रण माना जाता था।

जब 1920 के दशक में बर्फ की संरचना निर्धारित की गई थी, तो यह पता चला कि क्रिस्टलीय अवस्था में पानी के अणु एक त्रि-आयामी निरंतर नेटवर्क बनाते हैं, जिसमें प्रत्येक अणु में चार निकटतम पड़ोसी होते हैं जो एक नियमित टेट्राहेड्रोन के शीर्ष पर स्थित होते हैं। 1933 में, जे. बर्नाल और पी. फाउलर ने सुझाव दिया कि एक समान ग्रिड तरल पानी में मौजूद है। चूँकि पानी बर्फ से सघन होता है, इसलिए उनका मानना ​​था कि इसमें अणु बर्फ की तरह नहीं होते हैं, जैसे कि एक खनिज में सिलिकॉन परमाणु होते हैं। ट्राइडिमाइट, साथ ही सिलिकॉन परमाणु एक सघन सिलिका संशोधन में - क्वार्ट्ज। 0 से 4 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने पर पानी के घनत्व में वृद्धि को कम तापमान पर ट्राइडीमाइट घटक की उपस्थिति से समझाया गया था। इस प्रकार, बर्नाल - फाउलर मॉडल ने दो संरचनाओं के तत्व को बरकरार रखा, लेकिन उनकी मुख्य उपलब्धि एक निरंतर टेट्राहेड्रल जाल का विचार है। तब आई। लैंगमुइर का प्रसिद्ध सूत्र प्रकट हुआ: "महासागर एक बड़ा अणु है"।

केवल 1951 में जे. पोपल ने बनाया निरंतर जाल मॉडल, जो बर्नाल-फाउलर मॉडल जितना विशिष्ट नहीं था। पोपल ने पानी की कल्पना एक यादृच्छिक टेट्राहेड्रल ग्रिड के रूप में की, अणुओं के बीच के बंधन जिसमें घुमावदार होते हैं और अलग-अलग लंबाई के होते हैं। पोपल का मॉडल बांड के झुकने से पिघलने के दौरान पानी के संघनन की व्याख्या करता है। जब संरचना की पहली परिभाषा 60 और 70 के दशक में दिखाई दी बर्फ IIतथा नौवीं,यह स्पष्ट हो गया कि बंधों की वक्रता संरचना को मोटा कैसे कर सकती है। पोपल का मॉडल तापमान और दबाव के साथ-साथ दो-राज्य मॉडल पर पानी के गुणों की निर्भरता की गैर-एकरूपता की व्याख्या नहीं कर सका। इसलिए, दो राज्यों के विचार को कई वैज्ञानिकों द्वारा लंबे समय तक साझा किया गया था।

चावल।सतत जाल मॉडल

20वीं सदी के उत्तरार्ध में, के अलावा निरंतर"मॉडल (पॉपल का मॉडल)," मिश्रित "मॉडल के दो समूह उत्पन्न हुए: समूहतथा क्लैथ्रेट्सई. पहले समूह में पानी हाइड्रोजन बांड से जुड़े अणुओं के समूहों के रूप में दिखाई दिया, जो अणुओं के समुद्र में तैरते थे, जो ऐसे बंधनों में शामिल नहीं थे। दूसरे समूह के मॉडल ने पानी को हाइड्रोजन बांड के निरंतर नेटवर्क के रूप में माना - एक ढांचा जिसमें रिक्तियां होती हैं; उनमें अणु होते हैं जो ढांचे के अणुओं के साथ बंधन नहीं बनाते हैं।

के बीच में क्लस्टर मॉडलसबसे हड़ताली जी। नेमेथी और एच। शेराघी का मॉडल था, उनके द्वारा प्रस्तावित चित्र, अनबाउंड अणुओं के समुद्र में तैरने वाले बाध्य अणुओं के समूहों को दर्शाते हुए, कई मोनोग्राफ में शामिल थे।

1957 में फ्रैंक और वेन द्वारा प्रस्तावित एक और जल मॉडल, झिलमिलाता क्लस्टर मॉडल है। यह मॉडल पानी की संरचना के बारे में आधुनिक विचारों के बहुत करीब है। इस मॉडल में, पानी में हाइड्रोजन बांड लगातार बनते और टूटते हैं, और ये प्रक्रियाएं पानी के अणुओं के अल्पकालिक समूहों के भीतर सहकारी रूप से आगे बढ़ती हैं, जिन्हें "टिमटिमाते हुए समूह" कहा जाता है। उनके जीवनकाल का अनुमान 10-10 से 10-11 सेकेंड तक है। यह निरूपण तरल पानी की उच्च स्तर की गतिशीलता और इसकी कम चिपचिपाहट की व्याख्या करता है। ऐसा माना जाता है कि ये गुण पानी को सबसे बहुमुखी सॉल्वैंट्स में से एक बनाते हैं।

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2002 में, एक सुपर-शक्तिशाली एक्स-रे स्रोत उन्नत प्रकाश स्रोत (एएलएस) का उपयोग करके एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा डॉ। हेड-गॉर्डन का समूह यह दिखाने में सक्षम था कि पानी के अणु हाइड्रोजन बांड के कारण संरचनाएं बनाने में सक्षम हैं - "सच्ची ईंटें" "पानी का, जो कई पानी के अणुओं से टोपोलॉजिकल चेन और रिंग हैं। प्राप्त प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या में, शोधकर्ता उन्हें लंबे समय तक रहने वाले संरचनात्मक तत्व मानते हैं। मूल रूप से, पानी अव्यवस्थित पॉलिमर और काल्पनिक "वाटर क्रिस्टल" (जो पिघले पानी में मौजूद माना जाता है) का एक संग्रह है, जहां हाइड्रोजन-बंधुआ अणुओं की संख्या सैकड़ों या हजारों इकाइयों तक पहुंच सकती है।

"वाटर क्रिस्टल" में विभिन्न प्रकार के आकार हो सकते हैं, दोनों स्थानिक और द्वि-आयामी (रिंग संरचनाओं के रूप में)। सब कुछ के दिल में टेट्राहेड्रोन है। यह पानी के अणु का आकार है। समूहीकरण, पानी के अणुओं के टेट्राहेड्रोन विभिन्न प्रकार की स्थानिक और तलीय संरचनाएं बनाते हैं। और प्रकृति में सभी प्रकार की संरचनाओं का आधार हेक्सागोनल (हेक्सागोनल) संरचना है, जब छह पानी के अणु (टेट्राहेड्रॉन) एक अंगूठी में संयुक्त होते हैं। इस प्रकार की संरचना बर्फ, बर्फ और पिघले पानी के लिए विशिष्ट है।

चावल। 1. बर्फ की क्रिस्टल संरचना

जब बर्फ पिघलती है, तो इसकी चतुष्कोणीय संरचना नष्ट हो जाती है और गुच्छों का मिश्रण बनता है, जिसमें त्रि-, टेट्रा-, पेंटा- और पानी के हेक्सामर्स और मुक्त पानी के अणु होते हैं। योजनाबद्ध रूप से, इस प्रक्रिया की कल्पना इस प्रकार की जा सकती है।

चावल ... तरल पानी की संरचना। पानी में, क्लस्टर समय-समय पर टूट जाते हैं और फिर से बनते हैं। कूदने का समय 10-12 सेकंड है।

इन बनाने वाले सहयोगियों की संरचना का अध्ययन करना मुश्किल हो गया, क्योंकि पानी विभिन्न पॉलिमर का मिश्रण है जो एक दूसरे के साथ संतुलन में हैं। एक दूसरे से टकराने पर, बहुलक एक दूसरे में बदल जाते हैं, विघटित हो जाते हैं और फिर से बन जाते हैं।

इस मिश्रण को अलग-अलग घटकों में अलग करना भी लगभग असंभव है। केवल 1993 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (बर्कले, यूएसए) के शोधकर्ताओं के एक समूह ने, डॉ। आर। जे। सैकल्ली के नेतृत्व में, 1996 में वॉटर ट्रिमर की संरचना को समझ लिया - टेट्रामर और पेंटामर, और फिर वॉटर हेक्सामर। इस समय तक, यह पहले ही स्थापित हो चुका था कि तरल पानी में तीन से छह पानी के अणुओं से युक्त बहुलक सहयोगी (क्लस्टर) होते हैं।

हेक्सामर की संरचना अधिक जटिल निकली। सबसे सरल संरचना - एक षट्भुज के शीर्ष पर पानी के छह अणु - एक कोशिका की संरचना जितनी मजबूत नहीं पाई गई। इसके अलावा, एक प्रिज्म, एक खुली किताब, या एक नाव की संरचनाएं भी कम स्थिर निकलीं। एक षट्भुज में केवल छह हाइड्रोजन बांड हो सकते हैं, और प्रयोगात्मक डेटा आठ की उपस्थिति का संकेत देते हैं। इसका मतलब है कि चार पानी के अणु हाइड्रोजन बांड द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं।

जल समूहों की संरचनाएं मिल गई हैं और सैद्धांतिक रूप से, आज की कंप्यूटिंग तकनीक आपको ऐसा करने की अनुमति देती है। 1999 में, स्टैनिस्लाव ज़ेनिन ने बी. पोलानुएर (अब संयुक्त राज्य अमेरिका में) के साथ, स्टेट रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ़ जेनेटिक्स में पानी का एक अध्ययन किया, जिसके बहुत ही दिलचस्प परिणाम सामने आए। विश्लेषण के आधुनिक तरीकों - रेफ्रेक्टोमेट्री, प्रोटॉन अनुनाद और तरल क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके, वे पानी के अणुओं - समूहों के सहयोगियों का पता लगाने में सक्षम थे।

रियो साथ। संभावित जल समूह

एक दूसरे के साथ संयोजन करके, क्लस्टर अधिक जटिल संरचनाएं बना सकते हैं:

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चावल। पानी के 20 अणुओं के समूह का निर्माण।

प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण करते हुए, उन्होंने सुझाव दिया कि पानी "एसोसिएट्स" (क्लैथ्रेट्स) की नियमित वॉल्यूमेट्रिक संरचनाओं का एक पदानुक्रम है, जो क्रिस्टल की तरह "पानी की मात्रा" पर आधारित होते हैं, जिसमें इसके 57 अणु होते हैं, जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। मुक्त हाइड्रोजन बांड के कारण। इस मामले में, 57 पानी के अणु (क्वांटा) टेट्राहेड्रोन जैसी संरचना बनाते हैं। टेट्राहेड्रोन, बदले में, 4 डोडेकेहेड्रॉन (नियमित 12-हेड्रॉन) होते हैं। 16 क्वांटा 912 पानी के अणुओं से मिलकर एक संरचनात्मक तत्व बनाते हैं। पानी 80% ऐसे तत्वों से बना है, 15% - टेट्राहेड्रल क्वांटा और 3% - शास्त्रीय H2O अणु। इस प्रकार, पानी की संरचना तथाकथित प्लेटोनिक ठोस (टेट्राहेड्रॉन, डोडेकेहेड्रॉन) से जुड़ी हुई है, जिसका आकार सुनहरे अनुपात से जुड़ा हुआ है। ऑक्सीजन नाभिक में एक प्लेटोनिक ठोस (टेट्राहेड्रॉन) का रूप भी होता है।

पानी की इकाई कोशिका टेट्राहेड्रा होती है जिसमें हाइड्रोजन बांड से जुड़े चार (सरल टेट्राहेड्रोन) या पांच एच 2 ओ अणु (शरीर-केंद्रित टेट्राहेड्रोन) होते हैं।

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चावल। द्वादशफ़लक

इस प्रकार, पानी में कई क्लस्टर दिखाई देते हैं, जो एक बहुत बड़ी ऊर्जा और अत्यधिक उच्च घनत्व की जानकारी ले जाते हैं। पानी की ऐसी संरचनाओं की क्रमिक संख्या क्रिस्टल की क्रमिक संख्या जितनी अधिक होती है (उच्चतम क्रम वाली संरचना जिसे हम केवल जानते हैं), इसलिए उन्हें "तरल क्रिस्टल" या "क्रिस्टलीय पानी" भी कहा जाता है। "वाटर क्वांटा" एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकते हैं क्योंकि उनके चेहरे के साथ "क्वांटम" के शीर्ष से मुक्त हाइड्रोजन बांड चिपके हुए हैं। इस मामले में, दूसरे क्रम की पहले से ही दो प्रकार की संरचनाओं का निर्माण संभव है। एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत उच्च-क्रम संरचनाओं के उद्भव की ओर ले जाती है। उत्तरार्द्ध में 912 पानी के अणु होते हैं, जो जेनिन के मॉडल के अनुसार, हाइड्रोजन बांड के गठन के कारण बातचीत करने में व्यावहारिक रूप से अक्षम हैं। यह बताता है, उदाहरण के लिए, विशाल पॉलिमर से युक्त तरल की उच्च तरलता। इस प्रकार, जलीय माध्यम एक श्रेणीबद्ध रूप से संगठित लिक्विड क्रिस्टल की तरह है।

चावल। एक अलग जल क्लस्टर का गठन (कंप्यूटर सिमुलेशन)

किसी भी बाहरी कारक के प्रभाव में इस क्रिस्टल में एक संरचनात्मक तत्व की स्थिति में परिवर्तन या अतिरिक्त पदार्थों के प्रभाव में आसपास के तत्वों के उन्मुखीकरण में परिवर्तन, जेनिन की परिकल्पना के अनुसार, जल सूचना प्रणाली की एक उच्च संवेदनशीलता प्रदान करता है। . यदि किसी दिए गए मात्रा में पानी की पूरी संरचना के पुनर्गठन के लिए संरचनात्मक तत्वों की गड़बड़ी की डिग्री अपर्याप्त है, तो गड़बड़ी को दूर करने के बाद, सिस्टम 30-40 मिनट में अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है। यदि रिकोडिंग, यानी, पानी के संरचनात्मक तत्वों की एक अलग पारस्परिक व्यवस्था के लिए संक्रमण ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाता है, तो नया राज्य उस पदार्थ की कोडिंग क्रिया को दर्शाता है जो इस पुनर्व्यवस्था का कारण बना [ज़ेनिन, 1994]। यह मॉडल ज़ेनिन को "पानी की स्मृति" और इसके सूचनात्मक गुणों [ज़ेनिन, 1997] की व्याख्या करने की अनुमति देता है।

के. रसायन।

सन्दर्भ:

... भौतिक रसायन विज्ञान में अग्रिम, 2001

,। जल अंशों की उपस्थिति का प्रायोगिक प्रमाण। जे। होम्योपैथिक दवा और एक्यूपंक्चर। 1997. # 2, पृष्ठ 42-46।

,। पानी के अणुओं के सहयोगियों की संरचना का हाइड्रोफोबिक मॉडल। जे. भौतिक. रसायन विज्ञान। 1994। टी। 68। नंबर 4. एस। 636-641।

प्रोटॉन चुंबकीय अनुनाद की विधि द्वारा पानी की संरचना की जांच। डोकल। आरएएस 1993.टी.332.नंबर 3.P.328-329।

,। हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन की प्रकृति। जलीय विलयनों में अभिविन्यास क्षेत्रों का उद्भव। जे. भौतिक. रसायन विज्ञान। 1994। टी। 68। नंबर 3. एस। 500-503।

,। एनएमआर द्वारा न्यूक्लियोटाइड एमाइड्स में इंट्रामोल्युलर इंटरैक्शन की जांच। द्वितीय अखिल-संघ सम्मेलन की सामग्री। गतिशील द्वारा। स्टीरियोकेमिस्ट्री। ओडेसा. 1975, पी. 53.