बर्फ की छिपी जटिलता का पता लगाने की वैज्ञानिक खोज

संभावना यह है कि जमे हुए पानी के साथ आपका सारा सामना – सर्दियों की कीचड़ भरी सड़कों से गुजरते समय, शायद, या गर्मियों में ठंडी नींबू पानी का आनंद लेते हुए – बर्फ के एक संरचनात्मक रूप तक ही सीमित रहा है, जिसे इह कहा जाता है, जिसमें एच इसके क्रिस्टल जाली की हेक्सागोनल प्रकृति का जिक्र करता है। लेकिन बर्फ में इसके अलावा भी बहुत कुछ है।

एक सदी से भी अधिक समय से वैज्ञानिक बर्फ को चरम स्थितियों में धकेलने का प्रयास कर रहे हैं, जिससे उत्तरोत्तर अधिक आकर्षक संरचनाएँ बन रही हैं – उन्होंने अब तक 20 से अधिक क्रिस्टलीय रूप बनाए हैं, वास्तव में, इनमें से किसी का भी हमारे जीवनकाल में अनुभव होने की संभावना नहीं है।

लास वेगास के नेवादा विश्वविद्यालय के भौतिक रसायनज्ञ अशकन सलामत कहते हैं, ”पानी एक सुंदर, सुरुचिपूर्ण प्रणाली है जो लगातार नए, उल्लेखनीय व्यवहार दिखाती है।” “इतनी सरल चीज़ के लिए, इसमें सुंदर जटिलता होती है।”

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इन सभी विदेशी बर्फों के केंद्र में – और हमारी अधिक सांसारिक बर्फ, साथ ही पानी और भाप – एक ही अणु है: एच₂O, एक ऑक्सीजन परमाणु जो हाइड्रोजन परमाणुओं से घिरा हुआ है और 104.5 डिग्री का कोण बनाता है। बर्फ की हर किस्म में, एच₂O अणु अलग-अलग अणुओं में एक ऑक्सीजन और एक हाइड्रोजन परमाणु के बीच कमजोर कनेक्शन नामक हाइड्रोजन बांड के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इन हाइड्रोजन बांडों की विभिन्न व्यवस्थाएं बर्फ की क्रिस्टलीय संरचना को विभिन्न विन्यासों में आकार दे सकती हैं, एक हेक्सागोनल प्रिज्म से लेकर क्यूबिक जाली तक और कम परिचित जाली प्रणालियों जैसे कि रंबोहेड्रल और टेट्रागोनल तक।

सलामत कहते हैं, पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन तापमान और दबाव में बदलाव के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं, जिससे पानी को “क्वांटम जैसा व्यवहार” कहा जाता है। इन स्थितियों की कुछ सीमाओं पर अणुओं को एक दूसरे के साथ नाटकीय रूप से अलग-अलग संबंधों में मजबूर होना पड़ता है। इसलिए वह और अन्य वैज्ञानिक रहस्यमय नुस्खे अपनाते हैं – उदाहरण के लिए, 3,000 गुना वायुमंडलीय दबाव के साथ पानी को तोड़ना, या इसे ठंडा करना (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की एक बूंद के साथ) – एक सप्ताह के लिए -330 डिग्री फ़ारेनहाइट (-200 डिग्री सेल्सियस) – सभी बर्फ के नए रूपों की खोज में।

नवीनतम जमी हुई खोज बर्फ XXI है, जिसकी घोषणा की गई प्रकृति सामग्री. (सलामत उस काम में शामिल नहीं थे, हालांकि उनकी टीम ने 2022 में आइस VIIt नामक एक नए संक्रमणकालीन चरण की खोज प्रकाशित की थी।) आइस XXI एक क्षणभंगुर, अवरुद्ध क्रिस्टल संरचना है जो सुपरकंप्रेस्ड पानी से विकसित होती है: वैज्ञानिक इसे केवल एक बेहद शक्तिशाली एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर का उपयोग करके देख सकते हैं जो अनिवार्य रूप से एक हाई-स्पीड कैमरे की तरह काम करता है।

सलामत कहते हैं, ”चीजों को बहुत, बहुत तेज गति से देखने से हमें अजीब और अद्भुत घटनाएं देखने को मिलती हैं।” सलामत लेजर को ”अविश्वसनीय रूप से रोमांचक नया खिलौना” कहते हैं।

हालाँकि वे पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से मौजूद नहीं हैं, बर्फ के कुछ अजीब रूप अन्य दुनिया में बन सकते हैं – नेप्च्यून के अंदर, दूर चंद्रमा के अंदर या किसी और भी विदेशी स्थान पर फंसे हुए। लेकिन सलामत के लिए, प्रयोगशाला उतनी ही आकर्षक साबित हो सकती है। “अभी भी नई और रोमांचक चीजें हैं जिन्हें हम खोज सकते हैं,” वह कहते हैं।