Water cluster
રસાયણશાસ્ત્રમાં, જળ સમૂહ એ એક અલગ હાઇડ્રોજન બંધાયેલ સમૂહ અથવા પાણીના અણુઓનો સમૂહ છે. આવા ઘણા સમૂહની સૈદ્ધાંતિક નમૂનાઓ (સિલિકોમાં) દ્વારા આગાહી કરવામાં આવી છે, અને કેટલાકને વિવિધ સંદર્ભોમાં પ્રાયોગિક રીતે શોધી કાઢવામાં આવ્યા છે જેમ કે બરફ, જથ્થાબંધ પ્રવાહી પાણી, વાયુ તબક્કામાં, બિન-ધ્રુવીય દ્રાવકો સાથે પાતળા મિશ્રણમાં, અને સ્ફટિક જાળીમાં હાઇડ્રેશનના પાણી તરીકે. સૌથી સરળ ઉદાહરણ વોટર ડાયમર (H2O) 2 છે. પાણીના સમૂહને પ્રવાહી પાણીના કેટલાક વિસંગત ગુણધર્મો માટે સમજૂતી તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે, જેમ કે તાપમાન સાથે તેની ઘનતામાં અસામાન્ય તફાવત. પાણીના સમૂહ ચોક્કસ સુપરમોલેક્યુલર માળખાના સ્થિરીકરણમાં પણ સંકળાયેલા છે. તેઓ પાણીમાં ઓગળેલા અણુઓ અને આયનોના હાઇડ્રેશનમાં પણ ભૂમિકા ભજવે તેવી અપેક્ષા છે. સૈદ્ધાંતિક આગાહીઓ વિગતવાર જળ નમૂનાઓ પાણીના સમૂહની ઘટનાની આગાહી કરે છે, જેમ કે પાણીના અણુઓની ગોઠવણી જેમની કુલ ઊર્જા સ્થાનિક લઘુત્તમ છે. ખાસ રસ ધરાવતા ચક્રીય સમૂહો (H2O) n છે; આ n = 3 થી 60 માટે અસ્તિત્વમાં હોવાની આગાહી કરવામાં આવી છે. સંશોધન 0.822 nm ના 20 પાણીના અણુઓ સાથે પાણીના સમૂહના કદનું પ્રાયોગિક પરિણામ દર્શાવે છે હાઇડ્રોજન બોન્ડ ટોપોલોજીને અસરકારક રીતે ઉત્પન્ન કરવા અને પાણીના સમૂહ અને બરફના ભૌતિક ગુણધર્મોની આગાહી કરવા માટે ગ્રાફ અપરિવર્તનોનો સંશોધન ઉપયોગ કરે છે. ગ્રાફ અપરિવર્તનની ઉપયોગિતાની પુષ્ટિ બે જળ સમૂહો, (H2O) 6 પાંજરા અને (H2O) 20 ડોડેકાહેડ્રોનને ધ્યાનમાં લઈને થાય છે, જે પાણીના નક્કર અને પ્રવાહી તબક્કાઓમાં આશરે સમાન ઓક્સિજન અણુ ગોઠવણી સાથે સંકળાયેલા છે. નીચા તાપમાને પાણીના લગભગ 50 ટકા અણુ સમૂહમાં સમાવિષ્ટ હોય છે. ક્લસ્ટરના કદમાં વધારો થતાં ઓક્સિજન અને ઓક્સિજનનું અંતર ઘટતું જોવા મળે છે, જે કહેવાતા સહકારી બહુવિધ-શરીરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને આભારી છેઃ ચાર્જ વિતરણમાં ફેરફારને કારણે એચ-સ્વીકારનાર પરમાણુ પાણીના સંયોજનના દરેક વિસ્તરણ સાથે વધુ સારો એચ-દાતા પરમાણુ બની જાય છે. હેક્સામેર (H2O) 6 માટે ઘણા આઇસોમેરિક સ્વરૂપો અસ્તિત્વમાં હોવાનું જણાય છેઃ વીંટી, પુસ્તક, થેલી, પાંજરામાંથી લગભગ સમાન ઊર્જા સાથે પ્રિઝમ આકાર સુધી. હેપ્ટેમર્સ (H2O) 7 માટે બે પાંજરા જેવા આઇસોમર્સ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, અને ઓક્ટામર્સ (H2O) 8 ચક્રીય અથવા સમઘનના આકારમાં જોવા મળે છે. અન્ય સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસો વધુ જટિલ ત્રિ-પરિમાણીય રચનાઓ ધરાવતા સમૂહની આગાહી કરે છે. ઉદાહરણોમાં ફુલરીન જેવા ક્લસ્ટર (H2O) 28 નો સમાવેશ થાય છે, જેને વોટર બકીબોલ નામ આપવામાં આવ્યું છે, અને 280-જળ-અણુ રાક્ષસ આઇકોસાહેડ્રલ નેટવર્ક (દરેક જળ પરમાણુ અન્ય 4 સાથે સંકલન કરે છે). બાદમાં, જે વ્યાસમાં 3 એનએમ છે, તેમાં 280 અને 100 અણુઓ સાથે નેસ્ટેડ આઇકોસાહેડ્રલ શેલો છે. 320 અણુઓના અન્ય કવચ સાથે એક સંવર્ધિત સંસ્કરણ પણ છે. દરેક શેલના ઉમેરા સાથે સ્થિરતામાં વધારો થાય છે. 700 થી વધુ પાણીના અણુઓના પાણીના સમૂહના સૈદ્ધાંતિક નમૂનાઓ છે, પરંતુ તેમનું પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરવામાં આવ્યું નથી. પ્રાયોગિક અવલોકનો જથ્થાબંધ પાણીમાં કોઈપણ સુપરમોલેક્યુલર માળખાઓનો પ્રાયોગિક અભ્યાસ તેમના ટૂંકા જીવનકાળને કારણે મુશ્કેલ છેઃ હાઇડ્રોજન બંધ સતત તૂટી રહ્યા છે અને 200 ફેમ્ટોસેકન્ડ્સ કરતા વધુ ઝડપથી ટાઇમસ્કેલ પર સુધરી રહ્યા છે. તેમ છતાં, વાયુ તબક્કામાં અને પાણીના પાતળા મિશ્રણમાં અને બેન્ઝિન અને પ્રવાહી હિલીયમ જેવા બિન-ધ્રુવીય દ્રાવકોમાં પાણીના સમૂહો જોવા મળ્યા છે. ક્લસ્ટરોની પ્રાયોગિક શોધ અને લાક્ષણિકતા નીચેની પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવી છેઃ ફાર-ઇન્ફ્રારેડ spectroscopy|far-ઇન્ફ્રારેડ (એફઆઇઆર), કંપન-પરિભ્રમણ-ટનેલિંગ spectroscopy|vibration-પરિભ્રમણ-ટનેલિંગ (વીઆરટી), એન-એનએમઆર અને ન્યુટ્રોન વિવર્તન. હેક્સામેરમાં પ્રવાહી હિલીયમમાં સમતલીય ભૂમિતિ, કાર્બનિક દ્રાવકોમાં ખુરશીની રચના અને વાયુ તબક્કામાં પાંજરાની રચના જોવા મળે છે. માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સાથે IR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીને જોડતા પ્રયોગો n = (8-10) શ્રેણીમાં ક્લસ્ટરો માટે ઘન રૂપરેખાંકનો દર્શાવે છે. જ્યારે પાણી હાઇડ્રેટની જેમ સ્ફટિક માળખાનો ભાગ હોય, ત્યારે એક્સ-રે વિવર્તનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને વોટર હેપ્ટામરની રચના (ચક્રીય ટ્વિસ્ટેડ નોનપ્લેનર) નક્કી કરવામાં આવી હતી. વધુમાં, મ્યુલર એટ અલ દ્વારા સૂત્ર (H2O) 100 સાથેના બહુવિધ સ્તરના પાણીના સમૂહની પણ જાણ કરવામાં આવી હતી, જે કેટલાંક પોલિઓક્સોમેટલેટ સમૂહની પોલાણની અંદર ફસાયેલા હતા. જથ્થાબંધ પ્રવાહી પાણીના ક્લસ્ટર નમૂનાઓ કેટલાક નમૂનાઓ પ્રવાહીની અંદર ક્લસ્ટરની રચના દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે એમ ધારીને પાણીના જથ્થાબંધ ગુણધર્મોને ધ્યાનમાં લેવાનો પ્રયાસ કરે છે. પ્રવાહીના ક્વોન્ટમ ક્લસ્ટર સંતુલન (ક્યુસીઇ) સિદ્ધાંત અનુસાર, એન = 8 ક્લસ્ટરો પ્રવાહી પાણીના જથ્થાબંધ તબક્કા પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, ત્યારબાદ એન = 5 અને એન = 6 ક્લસ્ટરો આવે છે. ત્રિપલ બિંદુની નજીક, n = 24 સમૂહની હાજરીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અન્ય એક મોડેલમાં, હેક્સામેર અને પેન્ટામેર રિંગ્સના મિશ્રણમાંથી જથ્થાબંધ પાણી બનાવવામાં આવે છે, જેમાં નાના દ્રાવકોને બંધ કરવામાં સક્ષમ પોલાણ હોય છે. અન્ય એક મોડેલમાં ક્યુબિક વોટર ઓક્ટેમર અને બે ચક્રીય ટેટ્રામર્સ વચ્ચે સંતુલન અસ્તિત્વમાં છે. જો કે, હજી સુધી કોઈ પણ નમૂનાએ તાપમાનના કાર્ય તરીકે પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરાયેલ પાણીની મહત્તમ ઘનતાને પુનઃઉત્પાદિત કરી નથી. આ પણ જુઓ હાઇડ્રોજન બોન્ડ એમપેમ્બા અસર પાણીના ગુણધર્મો રિચાર્ડ જે. સાયકલી સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ લંડન સાઉથ બેંક યુનિવર્સિટી લિંક ધ કેમ્બ્રિજ ક્લસ્ટર ડેટાબેઝમાં જળ સમૂહો-વિવિધ જળ નમૂનાઓ સાથે ગણવામાં આવેલા જળ સમૂહો અને એ. બી. ઇનિશિયો પદ્ધતિઓ સાથે શોધાયેલ જળ સમૂહો શામેલ છે. ક્લસ્ટર રસાયણશાસ્ત્ર પાણી રસાયણશાસ્ત્ર