पानी एक असामान्य पदार्थ है जिसका विस्तृत अध्ययन किया जाना चाहिए। सोवियत शिक्षाविद आई वी पेट्यानोव ने इस अद्भुत पदार्थ के बारे में एक किताब लिखी, दुनिया में सबसे असामान्य पदार्थ। पानी के भौतिक गुणों में कौन सी विसंगतियाँ विशेष रुचि रखती हैं? हम सब मिलकर इस प्रश्न का उत्तर खोजेंगे।
दिलचस्प तथ्य
हम शायद ही कभी "पानी" शब्द के अर्थ के बारे में सोचते हैं। हमारे ग्रह पर, कुल क्षेत्रफल के 70% से अधिक पर नदियों और झीलों, समुद्रों और महासागरों, हिमखंडों, हिमनदों, दलदलों, पहाड़ की चोटियों पर बर्फ, साथ ही साथ पर्माफ्रॉस्ट का कब्जा है। पानी की इतनी बड़ी मात्रा के बावजूद, केवल 1% ही पीने योग्य है।
जैविक महत्व
मनुष्य के शरीर में 70-80% पानी होता है। यह पदार्थ सभी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के प्रवाह को सुनिश्चित करता है, विशेष रूप से, इसके लिए धन्यवाद, इससे विषाक्त पदार्थों को हटा दिया जाता है, कोशिकाओं को बहाल किया जाता है। जीवित कोशिका में पानी का मुख्य कार्यसंरचनात्मक और ऊर्जा है, मानव शरीर में इसकी मात्रात्मक सामग्री में कमी के साथ, यह "सिकुड़ता है"।
जीवों में ऐसा कोई तंत्र नहीं है जो H2O के बिना कार्य कर सके। पानी की विसंगतियों के बावजूद, यह गर्मी, द्रव्यमान, तापमान, ऊंचाई की मात्रा निर्धारित करने के लिए एक मानक है।
बुनियादी अवधारणा
H2O - हाइड्रोजन ऑक्साइड, जिसमें द्रव्यमान के हिसाब से 11.19% हाइड्रोजन, 88.81% ऑक्सीजन होता है। यह एक रंगहीन तरल है जिसमें न तो गंध होती है और न ही स्वाद। पानी औद्योगिक प्रक्रियाओं का एक अनिवार्य घटक है।
पहली बार इस पदार्थ को जी. कैवेंडिश द्वारा 18वीं शताब्दी के अंत में संश्लेषित किया गया था। वैज्ञानिक ने इलेक्ट्रिक आर्क के साथ ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के मिश्रण में विस्फोट किया। जी. गैलीलियो ने सबसे पहले 1612 में बर्फ और पानी के घनत्व में अंतर का विश्लेषण किया था।
1830 में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक पी. डुलोंग और डी. अरागो द्वारा एक भाप इंजन बनाया गया था। इस खोज ने संतृप्ति वाष्प दबाव और तापमान के बीच संबंधों का अध्ययन करना संभव बना दिया। 1910 में, अमेरिकी वैज्ञानिक पी. ब्रिजमैन और जर्मन जी. टैमन ने उच्च दबाव पर बर्फ में कई बहुरूपी संशोधनों की खोज की।
1932 में अमेरिकी वैज्ञानिकों जी. उरे और ई. वाशबर्न ने भारी पानी की खोज की। उपकरण और अनुसंधान विधियों में सुधार के कारण इस पदार्थ के भौतिक गुणों में विसंगतियों का पता चला।
भौतिक गुणों में कुछ विरोधाभास
शुद्ध पानी एक स्पष्ट, रंगहीन तरल है। इसका घनत्व जब से तरल में परिवर्तित होता हैठोस पदार्थ बढ़ता है, यह पानी के गुणों में एक विसंगति को प्रकट करता है। इसे 0 से 40 डिग्री तक गर्म करने से घनत्व में वृद्धि होती है। उच्च ताप क्षमता को पानी की विसंगति के रूप में नोट किया जाना चाहिए। क्रिस्टलीकरण तापमान 0 डिग्री सेल्सियस है और क्वथनांक 100 डिग्री है।
इस अकार्बनिक यौगिक के अणु में कोणीय संरचना होती है। इसका नाभिक एक समद्विबाहु त्रिभुज बनाता है जिसके आधार पर दो प्रोटॉन और इसके शीर्ष पर एक ऑक्सीजन परमाणु होता है।
घनत्व विसंगतियाँ
वैज्ञानिक H2O की लगभग चालीस विशेषताओं की पहचान करने में सक्षम हैं। पानी की विसंगतियों पर बारीकी से विचार और अध्ययन किया जाना चाहिए। वैज्ञानिक प्रत्येक कारक के कारणों की व्याख्या करने की कोशिश कर रहे हैं, इसे वैज्ञानिक स्पष्टीकरण देने के लिए।
पानी के घनत्व की विसंगति इस तथ्य में निहित है कि इस पदार्थ का अधिकतम घनत्व मान +3, 98°C से शुरू होता है। बाद के शीतलन के साथ, एक तरल से ठोस अवस्था में स्थानांतरित होने पर, घनत्व में कमी देखी जाती है।
अन्य यौगिकों के लिए, घटते तापमान के साथ तरल पदार्थों में घनत्व कम हो जाता है, क्योंकि तापमान में वृद्धि से अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है (उनकी गति की गति बढ़ जाती है), जिससे पदार्थ की स्थिरता बढ़ जाती है।
पानी की ऐसी विसंगतियों को ध्यान में रखते हुए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह बढ़ते तापमान के साथ वेग में भी वृद्धि करता है, लेकिन घनत्व केवल ऊंचे तापमान पर कम हो जाता है।
बर्फ का घनत्व कम होने के बाद यह पानी की सतह पर होगा।इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि क्रिस्टल में अणुओं की एक नियमित संरचना होती है, जिसमें एक स्थानिक आवधिकता होती है।
यदि साधारण यौगिकों में अणुओं को क्रिस्टल में कसकर पैक किया जाता है, तो पदार्थ पिघलने के बाद, नियमितता गायब हो जाती है। एक समान घटना तभी देखी जाती है जब अणु काफी दूरी पर स्थित होते हैं। धातुओं के पिघलने के दौरान घनत्व में कमी एक नगण्य मूल्य है, जिसका अनुमान 2-4% है। पानी का घनत्व बर्फ के घनत्व से 10 प्रतिशत अधिक है। इस प्रकार, यह जल विसंगति का प्रकटीकरण है। रसायन विज्ञान इस घटना को एक द्विध्रुवीय संरचना के साथ-साथ एक सहसंयोजक ध्रुवीय बंधन के साथ समझाता है।
संपीड़न विसंगतियाँ
चलो पानी की विशेषताओं के बारे में बात करना जारी रखते हैं। यह असामान्य तापमान व्यवहार की विशेषता है। इसकी संपीड्यता, अर्थात आयतन में कमी, जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, पानी के भौतिक गुणों में विसंगति का एक उदाहरण माना जा सकता है। यहां किन विशिष्ट विशेषताओं पर ध्यान दिया जाना चाहिए? अन्य तरल पदार्थों को दबाव में संपीड़ित करना बहुत आसान होता है, और पानी केवल उच्च तापमान पर ही ऐसी विशेषताओं को ग्रहण करता है।
तापमान ताप क्षमता का व्यवहार
यह विसंगति पानी के लिए सबसे मजबूत में से एक है। ताप क्षमता आपको बताती है कि तापमान को 1 डिग्री बढ़ाने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता है। कई पदार्थों के लिए, पिघलने के बाद, तरल की गर्मी क्षमता 10 प्रतिशत से अधिक नहीं बढ़ जाती है। और बर्फ के पिघलने के बाद पानी के लिए, यह भौतिक मात्रा दोगुनी हो जाती है। कोई भी पदार्थगर्मी क्षमता में ऐसी कोई वृद्धि दर्ज नहीं की गई।
बर्फ में, जो ऊर्जा इसे गर्म करने के लिए आपूर्ति की जाती है, वह ज्यादातर अणुओं की गति (गतिज ऊर्जा) की गति को बढ़ाने पर खर्च की जाती है। पिघलने के बाद गर्मी क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि इंगित करती है कि पानी में अन्य ऊर्जा-गहन प्रक्रियाएं होती हैं, जिन्हें गर्मी इनपुट की आवश्यकता होती है। वे गर्मी क्षमता में वृद्धि का कारण हैं। यह घटना पूरे तापमान रेंज के लिए विशिष्ट है जिसमें पानी में एकत्रीकरण की तरल अवस्था होती है।
भाप में बदलते ही विसंगति दूर हो जाती है। वर्तमान में, कई वैज्ञानिक सुपरकूल्ड पानी के गुणों के विश्लेषण में लगे हुए हैं। यह 0°C के क्रिस्टलीकरण बिंदु से नीचे तरल रहने की अपनी क्षमता में निहित है।
पतली केशिकाओं में और साथ ही एक गैर-ध्रुवीय माध्यम में छोटी बूंदों के रूप में पानी को सुपरकूल करना काफी संभव है। एक स्वाभाविक प्रश्न उठता है कि ऐसी स्थिति में घनत्व विसंगति के साथ क्या देखा जाता है। जैसे ही पानी सुपरकूल हो जाता है, पानी का घनत्व काफी कम हो जाता है, तापमान कम होने पर यह बर्फ के घनत्व में बदल जाता है।
उपस्थिति के कारण
जब पूछा गया: "पानी की विसंगतियों को नाम दें और उनके कारणों का वर्णन करें", उन्हें संरचना के पुनर्गठन के साथ जोड़ना आवश्यक है। किसी भी पदार्थ की संरचना में कणों की व्यवस्था उसमें कणों (परमाणु, आयन, अणु) की पारस्परिक व्यवस्था की विशेषताओं से निर्धारित होती है। हाइड्रोजन बल पानी के अणुओं के बीच कार्य करते हैं, जो इस तरल को क्वथनांक और गलनांक के बीच निर्भरता से हटाते हैं,अन्य पदार्थों की विशेषता जो एकत्रीकरण की तरल अवस्था में हैं।
वे इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण की ख़ासियत के कारण किसी दिए गए अकार्बनिक यौगिक के अणुओं के बीच दिखाई देते हैं। हाइड्रोजन परमाणुओं का एक निश्चित धनात्मक आवेश होता है, जबकि ऑक्सीजन परमाणुओं का एक ऋणात्मक आवेश होता है। नतीजतन, पानी के अणु में एक नियमित टेट्राहेड्रोन का आकार होता है। एक समान संरचना को 109.5° के बंध कोण द्वारा अभिलक्षित किया जाता है। सबसे अनुकूल व्यवस्था ऑक्सीजन और हाइड्रोजन को एक ही लाइन में रखना है, जिसमें अलग-अलग चार्ज होते हैं, इसलिए हाइड्रोजन बॉन्ड एक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकृति की विशेषता है।
तो, पानी के असामान्य (विसंगत) गुण इसके अणु की विशेष इलेक्ट्रॉनिक संरचना का परिणाम हैं।
पानी की याद
एक राय है कि पानी में एक स्मृति होती है, जो ऊर्जा को संचित और स्थानांतरित कर सकती है, शरीर को आभासी जानकारी के साथ खिलाती है। लंबे समय तक, जापानी वैज्ञानिक मासारू इमोटो ने इस समस्या से निपटा। डॉ. इमोटो ने अपने शोध के परिणामों को मेसेज फ्रॉम वॉटर नामक पुस्तक में प्रकाशित किया। वैज्ञानिकों ने प्रयोग किए जिसमें उन्होंने पहले पानी की एक बूंद को 5 डिग्री पर जमाया, और फिर माइक्रोस्कोप के तहत क्रिस्टल की संरचना का विश्लेषण किया। परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए, उन्होंने एक माइक्रोस्कोप का इस्तेमाल किया जिसमें एक कैमरा बनाया गया था।
प्रयोग के हिस्से के रूप में, मसाउ इमोटो ने विभिन्न तरीकों से पानी को प्रभावित किया, फिर उसे फिर से जमा दिया, और तस्वीरें लीं। वह बर्फ के क्रिस्टल और संगीत के आकार के बीच संबंध बनाने में कामयाब रहे,जिसे पानी सुन रहा था। आश्चर्यजनक रूप से, वैज्ञानिक ने शास्त्रीय और लोक संगीत का उपयोग करते हुए सबसे सामंजस्यपूर्ण हिमपात रिकॉर्ड किया।
मसाउ के अनुसार आधुनिक संगीत का प्रयोग पानी को "अपवित्र" करता है, इसलिए वे अनियमित आकार के स्थिर क्रिस्टल थे। एक दिलचस्प तथ्य एक जापानी वैज्ञानिक द्वारा क्रिस्टल के आकार और मानव ऊर्जा के बीच संबंध की पहचान है।
पानी सबसे अद्भुत पदार्थ है जो हमारे ग्रह पर बड़ी मात्रा में पाया जाता है। आधुनिक व्यक्ति की गतिविधि के किसी भी क्षेत्र की कल्पना करना मुश्किल है जिसमें वह सक्रिय भाग नहीं लेगा। इस पदार्थ की बहुमुखी प्रतिभा पानी की चतुष्फलकीय संरचना के कारण होने वाली विसंगतियों से निर्धारित होती है।
