पानी का रहस्य उजागर — एक साथ ठोस और तरल बना “अद्भुत जल
पानी भले ही उबाऊ लगे, लेकिन यह दिखने से कहीं ज़्यादा अजीब है। जापान के वैज्ञानिकों ने अब दिखाया है कि तंग जगहों में बंद होने पर, पानी के अणु एक साथ ठोस और तरल दोनों की तरह व्यवहार कर सकते हैं। द्रव जल और बर्फ के बीच जो अंतर हम वृहद स्तर पर अनुभव करते हैं, वह सूक्ष्म स्तर से शुरू होता है। बर्फ में, अणु कठोर संरचनाओं में बंधे होते हैं, जबकि जल में, वे अनिवार्य रूप से स्वतंत्र रूप से तैरते रहते हैं, लगातार बंधन बनाते और तोड़ते रहते हैं। नए शोधपत्र में वर्णित विचित्र अवस्था में, अणु दोनों ही तरह के व्यवहार करते हैं। वे बर्फ की तरह एक स्थिर स्थिति में होते हैं, लेकिन तरल अवस्था की तरह तेज़ी से घूमते हैं। पूर्व-पिघलन अवस्था के रूप में जानी जाने वाली इस अवस्था का पहले प्रत्यक्ष अध्ययन नहीं किया गया था। टोक्यो विज्ञान विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ मकोतो ताडोकोरो कहते हैं, “पूर्व-पिघलन अवस्था में पूरी तरह से जमी हुई बर्फ की संरचना के गर्म होने की प्रक्रिया के दौरान पिघलने से पहले अपूर्ण रूप से हाइड्रोजन-बंधित H2O का पिघलना शामिल है।”
“यह अनिवार्य रूप से जल की एक नई अवस्था का निर्माण करता है जिसमें जमी हुई H2O परतें और धीरे-धीरे गतिमान H2O एक साथ मौजूद रहते हैं।” इस विचित्र अवस्था को देखने के लिए एक जटिल प्रयोगात्मक व्यवस्था की आवश्यकता थी। शुरुआत में, पानी बिल्कुल वैसा नहीं था जैसा हम रोज़मर्रा की ज़िंदगी में देखते हैं: इसे ‘भारी पानी’ कहा जाता है, जहाँ हाइड्रोजन परमाणुओं को ड्यूटेरियम से बदल दिया जाता है, जो हाइड्रोजन का एक समस्थानिक है जिसके नाभिक में एक न्यूट्रॉन होता है। फिर इस “D2O” को एक बेहद संकीर्ण स्थान में सीमित कर दिया गया, जहाँ सभी प्रकार के विचित्र व्यवहार उभर कर सामने आए। शोधकर्ताओं ने केवल 1.6 नैनोमीटर चौड़े छोटे, जलस्नेही चैनलों वाले छड़ के आकार के क्रिस्टल बनाए, उनमें भारी पानी को जमाया और धीरे-धीरे उन्हें वापस गर्म किया। अंत में, उन्होंने स्थिर ठोस-अवस्था ड्यूटेरियम परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके पूरी प्रक्रिया का अवलोकन किया। इससे पता चला कि अणु एक पदानुक्रमित, त्रि-स्तरीय संरचना बना रहे थे, जिसमें प्रत्येक परत में विभिन्न प्रकार की गतियाँ और अंतःक्रियाएँ थीं।
पूर्व-पिघलन अवस्था शायद हमें पानी की एक पतली परत के रूप में सबसे ज़्यादा परिचित है जो बर्फ की सतह पर बनती है, भले ही तापमान अभी भी हिमांक से नीचे हो। लेकिन यह उस विशाल बर्फ़ में अत्यधिक बंदिश की तुलना में एक अलग तरीके से होता है। पानी के बारे में यह पहले से ही ज्ञात है कि नैनोस्केल तक सीमित रहने पर वह कुछ अजीबोगरीब हरकतें करता है। इसके विद्युत गुण बदल सकते हैं; इसे परम शून्य के करीब तापमान पर भी ‘अस्थिर’ बनाया जा सकता है, या यह उस तापमान पर ठोस रूप में जम सकता है जिस पर इसे उबलना चाहिए। टीम का कहना है कि इन विचित्रताओं का उपयोग व्यावहारिक उपयोग भी हो सकता है। ताडोकोरो कहते हैं, “नए बर्फ नेटवर्क ढाँचे बनाकर, हाइड्रोजन और मीथेन जैसी ऊर्जावान गैसों को संग्रहित करना और कृत्रिम गैस हाइड्रेट जैसी जल-आधारित सामग्री विकसित करना संभव हो सकता है।” यह शोध अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
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