Water cluster
रसायन विज्ञान में, जल समूह एक असतत हाइड्रोजन बन्धित संयोजन या पानी के अणुओं का समूह है। ऐसे कई समूहों की भविष्यवाणी सैद्धांतिक मॉडल (सिलिको में) द्वारा की गई है, और कुछ का प्रायोगिक रूप से विभिन्न संदर्भों में पता लगाया गया है जैसे कि बर्फ, थोक तरल पानी, गैस चरण में, गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स के साथ पतला मिश्रण में, और क्रिस्टल जाली में जलयोजन के पानी के रूप में। सबसे सरल उदाहरण वाटर डाइमर (H2O) 2 है। जल समूह को तरल जल के कुछ विसंगत गुणों के लिए एक स्पष्टीकरण के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जैसे कि तापमान के साथ घनत्व में इसकी असामान्य भिन्नता। जल समूह कुछ अतिआण्विक संरचनाओं के स्थिरीकरण में भी शामिल हैं। इनसे पानी में घुलने वाले अणुओं और आयनों के जलयोजन में भी भूमिका निभाने की उम्मीद है। सैद्धांतिक भविष्यवाणियाँ विस्तृत जल मॉडल जल समूहों की घटना की भविष्यवाणी करते हैं, जल अणुओं के विन्यास के रूप में जिनकी कुल ऊर्जा स्थानीय न्यूनतम है। विशेष रुचि के चक्रीय समूह (H2O) n हैं; ये n = 3 से 60 के लिए मौजूद होने की भविष्यवाणी की गई है। शोध 0.822 nm के 20 जल अणुओं के साथ जल समूह के आकार का प्रयोगात्मक परिणाम दिखाता है हाइड्रोजन बॉन्ड टोपोलॉजी को कुशलता से उत्पन्न करने और जल समूहों और बर्फ के भौतिक गुणों की भविष्यवाणी करने के लिए ग्राफ अपरिवर्तकों का अनुसंधान उपयोग करता है। ग्राफ अपरिवर्तकों की उपयोगिता की पुष्टि दो जल समूहों, (H2O) 6 पिंजरे और (H2O) 20 डोडेकाहेड्रॉन पर विचार करके की जाती है, जो पानी के ठोस और तरल चरणों में लगभग समान ऑक्सीजन परमाणु व्यवस्था से जुड़े होते हैं। कम तापमान पर, लगभग 50 प्रतिशत पानी के अणु समूहों में शामिल होते हैं। क्लस्टर के बढ़ते आकार के साथ ऑक्सीजन से ऑक्सीजन की दूरी कम होती पाई जाती है जो तथाकथित सहकारी कई-शरीर अंतःक्रियाओं के लिए जिम्मेदार हैः चार्ज वितरण में परिवर्तन के कारण एच-रिसेप्टर अणु जल संयोजन के प्रत्येक विस्तार के साथ एक बेहतर एच-दाता अणु बन जाता है। हेक्सामर (H2O) 6 के लिए कई समरूप रूप मौजूद प्रतीत होते हैंः अंगूठी, पुस्तक, थैले, पिंजरे से लेकर लगभग समान ऊर्जा के साथ प्रिज्म आकार तक। हेप्टामर (H2O) 7 के लिए दो पिंजरे जैसे आइसोमर मौजूद हैं, और ऑक्टेमर (H2O) 8 या तो चक्रीय या घन के आकार में पाए जाते हैं। अन्य सैद्धांतिक अध्ययन अधिक जटिल त्रि-आयामी संरचनाओं वाले समूहों की भविष्यवाणी करते हैं। उदाहरणों में फुलरीन जैसे समूह (H2O) 28, जिसे जल बकीबॉल नाम दिया गया है, और 280-जल-अणु राक्षस आइकोसाहेड्रल नेटवर्क (प्रत्येक जल अणु के साथ 4 अन्य के समन्वय के साथ) शामिल हैं। उत्तरार्द्ध, जो व्यास में 3 एनएम है, में 280 और 100 अणुओं के साथ नेस्टेड आइकोसाहेड्रल गोले होते हैं। 320 अणुओं के एक अन्य खोल के साथ एक संवर्धित संस्करण भी है। प्रत्येक कवच के जुड़ने के साथ स्थिरता में वृद्धि होती है। 700 से अधिक जल अणुओं के जल समूहों के सैद्धांतिक मॉडल हैं, लेकिन उन्हें प्रयोगात्मक रूप से नहीं देखा गया है। प्रायोगिक अवलोकन थोक जल में किसी भी अतिआण्विक संरचना का प्रायोगिक अध्ययन उनके छोटे जीवनकाल के कारण कठिन हैः हाइड्रोजन बंधन लगातार टूट रहे हैं और 200 फेम्टोसेकंड से अधिक तेजी से समय पर सुधार कर रहे हैं। फिर भी, गैस चरण में और बेंजीन और तरल हीलियम जैसे पानी और गैर-ध्रुवीय विलायकों के पतले मिश्रणों में जल समूह देखे गए हैं। समूहों का प्रयोगात्मक पता लगाने और लक्षण वर्णन को निम्नलिखित तरीकों से प्राप्त किया गया हैः दूर-अवरक्त spectroscopy|far-अवरक्त (FIR), कंपन-घूर्णन-सुरंग spectroscopy|vibration-घूर्णन-सुरंग (VRT), N-NMR, और न्यूट्रॉन विवर्तन। हेक्सामर में तरल हीलियम में समतल ज्यामिति, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में एक कुर्सी संरचना और गैस चरण में एक पिंजरे की संरचना पाई जाती है। मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ आई. आर. स्पेक्ट्रोस्कोपी के संयोजन के प्रयोगों से n = (8-10) की सीमा में समूहों के लिए घन विन्यास प्रकट होते हैं। जब पानी हाइड्रेट की तरह क्रिस्टल संरचना का हिस्सा होता है, तो एक्स-रे विवर्तन का उपयोग किया जा सकता है। इस विधि का उपयोग करके एक जल हेप्टामर (चक्रीय मुड़ गैर-समतल) की संरचना निर्धारित की गई थी। इसके अलावा, कई पॉलीऑक्सोमेटलेट समूहों के गुहाओं के अंदर फंसे सूत्र (H2O) 100 के साथ बहु-स्तरीय जल समूहों की सूचना भी म्यूलर और अन्य लोगों द्वारा दी गई थी। थोक तरल पानी के क्लस्टर मॉडल कई मॉडल यह मानते हुए पानी के थोक गुणों के लिए जिम्मेदार होने का प्रयास करते हैं कि वे तरल के भीतर क्लस्टर गठन द्वारा हावी हैं। तरल पदार्थों के क्वांटम समूह संतुलन (क्यू. सी. ई.) सिद्धांत के अनुसार, एन = 8 समूह तरल जल थोक चरण पर हावी होते हैं, इसके बाद एन = 5 और एन = 6 समूह होते हैं। ट्रिपल बिंदु के पास, एक n = 24 समूह की उपस्थिति का आह्वान किया जाता है। एक अन्य मॉडल में, हेक्सामर और पेंटामर रिंग्स के मिश्रण से थोक पानी का निर्माण किया जाता है जिसमें छोटे विलेय को घेरने में सक्षम गुहाएँ होती हैं। एक अन्य मॉडल में एक घन जल ऑक्टेमर और दो चक्रीय टेट्रामर के बीच एक संतुलन मौजूद है। हालांकि, अभी तक किसी भी मॉडल ने तापमान के एक कार्य के रूप में पानी के प्रयोगात्मक रूप से देखे गए अधिकतम घनत्व को पुनः प्रस्तुत नहीं किया है। हाइड्रोजन बॉन्ड एमपेम्बा प्रभाव भी देखें पानी के गुण रिचर्ड जे. सैकली संदर्भ बाहरी लिंक लंदन साउथ बैंक यूनिवर्सिटी लिंक द कैम्ब्रिज क्लस्टर डेटाबेस में जल समूह-विभिन्न जल मॉडल के साथ गणना किए गए जल समूह और एबी इनिशियो विधियों के साथ खोजे गए जल समूह शामिल हैं। क्लस्टर रसायन विज्ञान जल रसायन विज्ञान