समुद्र में ध्रुवीय बर्फ के ब्लॉक और हिमखंड बहते हैं, और पेय में भी बर्फ कभी नीचे तक नहीं डूबती है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि बर्फ पानी में नहीं डूबती है। क्यों? यदि आप इसके बारे में सोचते हैं, तो यह प्रश्न थोड़ा अजीब लग सकता है, क्योंकि बर्फ ठोस है और - सहज रूप से - तरल से भारी होनी चाहिए। जबकि यह कथन अधिकांश पदार्थों के लिए सही है, पानी नियम का अपवाद है। पानी और बर्फ में हाइड्रोजन बंध होते हैं, जो बर्फ को तरल अवस्था की तुलना में ठोस अवस्था में हल्का बनाते हैं।
वैज्ञानिक प्रश्न: बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती
मान लें कि हम तीसरी कक्षा में "द वर्ल्ड अराउंड" नामक पाठ में हैं। "बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती?" शिक्षक बच्चों से पूछता है। और बच्चे, भौतिकी में गहरा ज्ञान न होने के कारण तर्क करने लगते हैं। "शायद यह जादू है?" बच्चों में से एक कहता है।
वास्तव में, बर्फ बेहद असामान्य है। व्यावहारिक रूप से कोई अन्य प्राकृतिक पदार्थ नहीं हैं, जो ठोस अवस्था में तरल की सतह पर तैर सकते हैं। यह उन गुणों में से एक है जो पानी को इतना असामान्य पदार्थ बनाता है और, स्पष्ट रूप से, यही वह है जो ग्रहों के विकास का मार्ग बदलता है।
कुछ ग्रह ऐसे हैं जिनमें अमोनिया जैसे तरल हाइड्रोकार्बन की भारी मात्रा होती है - हालांकि, जमे हुए होने पर, यह सामग्री नीचे तक डूब जाती है। बर्फ के पानी में नहीं डूबने का कारण यह है कि जब पानी जमता है तो वह फैलता है और उसके साथ उसका घनत्व कम हो जाता है। दिलचस्प बात यह है कि बर्फ का विस्तार चट्टानों को तोड़ सकता है - पानी के हिमनद की प्रक्रिया इतनी असामान्य है।
वैज्ञानिक रूप से कहें तो ठंड की प्रक्रिया तेजी से अपक्षय चक्र स्थापित करती है और सतह पर छोड़े गए कुछ रसायन खनिजों को भंग कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, पानी के जमने से जुड़ी प्रक्रियाएं और संभावनाएं होती हैं जो अन्य तरल पदार्थों के भौतिक गुणों को नहीं दर्शाती हैं।
बर्फ और पानी का घनत्व
तो बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती बल्कि सतह पर तैरती है इसका जवाब यह है कि इसका घनत्व तरल से कम है - लेकिन यह एक प्रथम स्तर का उत्तर है। बेहतर ढंग से समझने के लिए, आपको यह जानना होगा कि बर्फ का घनत्व कम क्यों होता है, चीजें सबसे पहले क्यों तैरती हैं, घनत्व कैसे तैरता है।
यूनानी जीनियस आर्किमिडीज को याद करें, जिन्होंने पाया कि पानी में एक निश्चित वस्तु को डुबोने के बाद, पानी की मात्रा में डूबी हुई वस्तु के आयतन के बराबर संख्या बढ़ जाती है। दूसरे शब्दों में, यदि आप पानी की सतह पर एक गहरा बर्तन रखते हैं और फिर उसमें एक भारी वस्तु रखते हैं, तो बर्तन में डाला जाने वाला पानी वस्तु के आयतन के बराबर होगा। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि वस्तु पूरी तरह से जलमग्न है याआंशिक रूप से।
पानी के गुण
पानी एक अद्भुत पदार्थ है जो मूल रूप से पृथ्वी पर जीवन का पोषण करता है, क्योंकि हर जीव को इसकी आवश्यकता होती है। पानी के सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक यह है कि इसका घनत्व 4 डिग्री सेल्सियस पर सबसे अधिक होता है। इस प्रकार, गर्म पानी या बर्फ ठंडे पानी की तुलना में कम घना होता है। कम सघन पदार्थ सघन पदार्थों के ऊपर तैरते हैं।
उदाहरण के लिए, सलाद बनाते समय आप देखेंगे कि तेल सिरके की सतह पर है - इसे इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि इसका घनत्व कम है। यही कानून यह समझाने के लिए भी मान्य है कि बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती, बल्कि गैसोलीन और मिट्टी के तेल में डूब जाती है। यह सिर्फ इतना है कि इन दोनों पदार्थों का घनत्व बर्फ से कम होता है। इसलिए, यदि आप एक inflatable गेंद को पूल में फेंकते हैं, तो यह सतह पर तैरती रहेगी, लेकिन यदि आप एक पत्थर को पानी में फेंकते हैं, तो वह नीचे तक डूब जाएगी।
जमने पर पानी में क्या परिवर्तन होते हैं
बर्फ के पानी में नहीं डूबने का कारण हाइड्रोजन बांड है जो पानी के जमने पर बदल जाता है। जैसा कि आप जानते हैं, पानी में एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। वे सहसंयोजक बंधनों से जुड़े होते हैं जो अविश्वसनीय रूप से मजबूत होते हैं। हालांकि, दूसरे प्रकार का बंधन जो विभिन्न अणुओं के बीच बनता है, जिसे हाइड्रोजन बॉन्ड कहा जाता है, कमजोर होता है। ये बंध इसलिए बनते हैं क्योंकि धनावेशित हाइड्रोजन परमाणु पड़ोसी जल के अणुओं के ऋणावेशित ऑक्सीजन परमाणुओं की ओर आकर्षित होते हैं।
जब पानी गर्म होता है, तो अणु बहुत सक्रिय होते हैं,बहुत आगे बढ़ना, जल्दी से अन्य पानी के अणुओं के साथ बंधन बनाना और विघटित करना। उनमें एक-दूसरे के पास जाने और तेज़ी से आगे बढ़ने की ऊर्जा होती है। तो बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती? रसायन विज्ञान उत्तर छुपाता है।
बर्फ का भौतिक रसायन
जैसे ही पानी का तापमान 4 डिग्री सेल्सियस से नीचे चला जाता है, तरल की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है, इसलिए अणु आगे नहीं बढ़ते हैं। उनके पास स्थानांतरित करने की ऊर्जा नहीं है और उच्च तापमान पर बंधनों को तोड़ना और बनाना उतना ही आसान है। इसके बजाय, वे हेक्सागोनल जाली संरचनाओं को बनाने के लिए अन्य पानी के अणुओं के साथ अधिक हाइड्रोजन बांड बनाते हैं।
ये नकारात्मक आवेशित ऑक्सीजन अणुओं को अलग रखने के लिए इन संरचनाओं का निर्माण करते हैं। अणुओं की गतिविधि के परिणामस्वरूप बने षट्भुजों के बीच में बहुत खालीपन होता है।
बर्फ पानी में डूब जाती है - कारण
बर्फ वास्तव में तरल पानी की तुलना में 9% कम घना है। इसलिए बर्फ पानी से ज्यादा जगह घेरती है। व्यावहारिक रूप से, यह समझ में आता है क्योंकि बर्फ फैलती है। यही कारण है कि पानी की एक कांच की बोतल को फ्रीज करने की अनुशंसा नहीं की जाती है - जमे हुए पानी कंक्रीट में भी बड़ी दरारें पैदा कर सकता है। यदि आपके पास एक लीटर बर्फ की बोतल और एक लीटर पानी की बोतल है, तो बर्फ की पानी की बोतल आसान हो जाएगी। जब पदार्थ द्रव अवस्था में होता है तो अणु इस बिंदु पर दूर होते हैं। इसलिए बर्फ पानी में नहीं डूबती।
जब बर्फ पिघलती हैस्थिर क्रिस्टल संरचना टूट जाती है और सघन हो जाती है। जब पानी 4°C तक गर्म होता है, तो उसे ऊर्जा प्राप्त होती है और अणु तेजी से और आगे बढ़ते हैं। यही कारण है कि गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में अधिक जगह लेता है और ठंडे पानी के ऊपर तैरता है - इसका घनत्व कम होता है। याद रखें, जब आप झील पर होते हैं, तैरते समय, पानी की ऊपरी परत हमेशा अच्छी और गर्म होती है, लेकिन जब आप अपने पैरों को नीचे रखते हैं, तो आपको नीचे की परत की ठंडक महसूस होती है।
ग्रह के कामकाज में पानी जमने की प्रक्रिया का महत्व
इस सवाल के बावजूद कि "बर्फ पानी में क्यों नहीं डूबती?" ग्रेड 3 के लिए, यह समझना बहुत महत्वपूर्ण है कि यह प्रक्रिया क्यों हो रही है और ग्रह के लिए इसका क्या अर्थ है। इस प्रकार, बर्फ की उछाल पृथ्वी पर जीवन के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। झीलें सर्दियों में ठंडी जगहों पर जम जाती हैं - इससे मछलियाँ और अन्य जलीय जानवर बर्फ की चादर के नीचे जीवित रह सकते हैं। यदि तली जमी हुई थी, तो इस बात की प्रबल संभावना है कि पूरी झील जम सकती है।
ऐसी स्थिति में एक भी जीव नहीं बचता।
यदि बर्फ का घनत्व पानी के घनत्व से अधिक होता, तो महासागर बर्फ में डूब जाते, और बर्फ की टोपियां जो उस समय सबसे नीचे होतीं, वहां किसी को नहीं रहने देतीं। समुद्र का तल बर्फ से भरा होगा - और यह सब क्या हो जाएगा? अन्य बातों के अलावा, ध्रुवीय बर्फ महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकाश को परावर्तित करती है और पृथ्वी को अत्यधिक गर्म होने से बचाती है।
