Ice XI
आइस XI, Ih का हाइड्रोजन-आदेशित रूप है, जो बर्फ का सामान्य रूप है। प्रयोगशाला में अलग-अलग तापमान और दबाव पर बर्फ II से लेकर बर्फ XIX तक बर्फ के विभिन्न चरण बनाए गए हैं। बर्फ XI की कुल आंतरिक ऊर्जा बर्फ Ih की तुलना में लगभग छठा हिस्सा कम है, इसलिए सिद्धांत रूप में यह स्वाभाविक रूप से तब बनना चाहिए जब बर्फ Ih को 72 K से नीचे ठंडा किया जाता है। इस संक्रमण को प्राप्त करने के लिए आवश्यक कम तापमान दोनों संरचनाओं के बीच अपेक्षाकृत कम ऊर्जा अंतर के साथ सहसंबद्ध है। बर्फ Ih में पानी के अणु चार अर्ध-यादृच्छिक निर्देशित हाइड्रोजन बंधनों से घिरे होते हैं। इस तरह की व्यवस्थाओं को कम तापमान पर बर्फ XI में पाए जाने वाले हाइड्रोजन बंधनों की अधिक क्रमबद्ध व्यवस्था में बदलना चाहिए, जब तक कि स्थानीयकृत प्रोटॉन हॉपिंग पर्याप्त रूप से सक्षम हो; एक प्रक्रिया जो बढ़ते दबाव के साथ आसान हो जाती है। तदनुसार, माना जाता है कि बर्फ XI में षट्कोणीय बर्फ और गैसीय पानी (~ 72 K, ~ 0 पा) के साथ एक तिगुना बिंदु है। बर्फ XI के गुणों में अंतरिक्ष समूह Cmc21 के साथ एक ऑर्थोरोम्बिक संरचना है जिसमें प्रति इकाई कोशिका में आठ अणु होते हैं। इसके जाली मापदंड हैं a = 4.465 (3) Å, b = 7.859 (4) Å, और c = 7.292 (2) Å 5 K पर। वास्तव में प्रति इकाई कोशिका में आठ परमाणुओं की ऑर्थोरॉम्बिक संरचना के साथ बर्फ के 16 क्रिस्टलीय रूप से असमान हाइड्रोजन-आदेशित विन्यास हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक संरचना गणना Cmc21 को सबसे स्थिर दिखाती है। अंतरिक्ष समूह पी. एन. ए. 21 के साथ एक अन्य संभावित विन्यास भी दिलचस्प है, क्योंकि यह एक एंटीफेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल है, जिसे डेविडसन और मोरोकुमा ने 1984 में गलत तरीके से सबसे स्थिर संरचना के रूप में सुझाया था। व्यवहार में, बर्फ XI को लगभग एक सप्ताह के लिए 72 केल्विन से नीचे रखे गए एक डाइलूट (10 एमएम) केओएच घोल से सबसे आसानी से तैयार किया जाता है (डी2ओ के लिए 76 केल्विन से नीचे का तापमान पर्याप्त होगा)। हाइड्रॉक्साइड आयन षट्कोणीय बर्फ में दोष पैदा करते हैं, जिससे प्रोटॉन ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच अधिक स्वतंत्र रूप से कूद सकते हैं (और इसलिए बर्फ XI की यह संरचना 'बर्फ के नियमों' को तोड़ती है)। विशेष रूप से, प्रत्येक हाइड्रॉक्साइड आयन एक बीजेरम एल दोष और एक आयनित शीर्ष बनाता है। दोष और आयन दोनों पूरे जाली में आगे बढ़ सकते हैं और प्रोटॉन पुनर्व्यवस्थित करने में 'सहायता' कर सकते हैं। सकारात्मक K + आयन भी एक भूमिका निभा सकता है क्योंकि यह पाया गया है कि KOH अन्य क्षारीय हाइड्रॉक्साइड की तुलना में बेहतर काम करता है। इन क्रमबद्ध करने वाले तंत्रों का सटीक विवरण अभी भी बहुत कम समझा गया है और इस पर सवाल उठाए जा रहे हैं क्योंकि प्रायोगिक रूप से हाइड्रॉक्साइड और के + आयनों की गतिशीलता 72 के आसपास बहुत कम प्रतीत होती है। वर्तमान धारणा यह है कि के. ओ. एच. केवल हाइड्रोजन पुनर्क्रमित करने में सहायता करने के लिए कार्य करता है और बर्फ XI की निम्न-ऊर्जा स्थिरता के लिए आवश्यक नहीं है। हालाँकि, 2010 में तोशिआकी इटाका द्वारा की गई गणनाएँ इस पर सवाल उठाती हैं। इटाका का तर्क है कि केओएच आयन सी-अक्ष के साथ क्रिस्टल जाली के बड़े शुद्ध विद्युत द्विध्रुव क्षण की भरपाई करते हैं। उपरोक्त इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना एक अनंत जाली मानते हुए की जाती है और सतह के आवेशों द्वारा बनाए गए मैक्रोस्कोपिक विद्युत क्षेत्रों के प्रभावों को नजरअंदाज कर दिया जाता है। क्योंकि ऐसे क्षेत्र किसी भी सीमित आकार के क्रिस्टल में मौजूद होते हैं, गैर-डोप्ड बर्फ XI में, वैकल्पिक द्विध्रुव क्षण के क्षेत्र पारंपरिक फेरोइलेक्ट्रिक्स की तरह बनने चाहिए। यह भी सुझाव दिया गया है कि बर्फ Ih => बर्फ XI संक्रमण प्रोटॉनों की सुरंग द्वारा सक्षम है। हालाँकि बर्फ XI को बर्फ Ih की तुलना में अधिक स्थिर संरचना माना जाता है, परिवर्तन बहुत धीमा है। एक रिपोर्ट के अनुसार, अंटार्कटिक स्थितियों में उत्प्रेरक की सहायता के बिना बनने में कम से कम 100,000 साल लगने का अनुमान है। आइस XI को अंटार्कटिक बर्फ में खोजा और पाया गया जो 1998 में लगभग 100 साल पुरानी थी। 2004 में एक और अध्ययन इस खोज को पुनः पेश करने में सक्षम नहीं था, हालांकि, अंटार्कटिक बर्फ का अध्ययन करने के बाद जो लगभग 3000 साल पुराना था। 1998 के अंटार्कटिक अध्ययन ने यह भी दावा किया कि परिवर्तन तापमान (बर्फ XI => बर्फ Ih) है, जो ऊपर उल्लिखित अपेक्षित ट्रिपल बिंदु (72 K, ~ 0 पा) के तापमान से कहीं अधिक है। बर्फ XI को बहुत कम तापमान (~ 10 K) पर शुद्ध पानी का उपयोग करने वाले प्रयोगों और कम दबाव की स्थितियों में भी पाया गया था-ऊपरी वायुमंडल में मौजूद माना जाता है। हाल ही में, बर्फ XI के छोटे क्षेत्र शुद्ध पानी में बनते पाए गए; इसका चरण परिवर्तन 72 K पर हुआ, जबकि 70 MPa तक की जलस्थैतिक दबाव स्थितियों में। बर्फ Ih जिसे बर्फ XI में बदल दिया गया है और फिर बर्फ Ih में वापस आ गया है, तापमान बढ़ाने पर, कुछ हाइड्रोजन-आदेशित क्षेत्रों को बरकरार रखता है और अधिक आसानी से फिर से बर्फ XI में बदल जाता है। एक न्यूट्रॉन पाउडर विवर्तन अध्ययन में पाया गया कि छोटे हाइड्रोजन-आदेशित क्षेत्र 111 के. तक मौजूद हो सकते हैं। आइसेस Ih और XI के बीच रमन स्पेक्ट्रा में अलग-अलग अंतर हैं, जिसमें बर्फ XI अनुवादात्मक (~ 230 सेमी-1), पुस्तकालय (~ 630 सेमी-1) और इन-फेज असममित खिंचाव (~ 3200 सेमी-1) क्षेत्रों में बहुत मजबूत चोटियों को दर्शाता है। आइस आई. सी. में प्रोटॉन-आदेशित रूप भी होता है। बर्फ XIc की कुल आंतरिक ऊर्जा की भविष्यवाणी बर्फ XIh के समान की गई थी इतिहास बर्फ में हाइड्रोजन-आदेश के संकेत 1964 की शुरुआत में देखे गए थे, जब डेंगल एट अल। थर्मो-स्टिमुलेटेड विध्रुवीकरण (टी. एस. डी.) धारा में एक शिखर का श्रेय प्रोटॉन-आदेशित फेरोइलेक्ट्रिक चरण के अस्तित्व को दिया जाता है। हालांकि, वे निर्णायक रूप से यह साबित नहीं कर सके कि एक चरण संक्रमण हुआ था, और ऑन्सेगर ने बताया कि दोषों और जाली की खामियों के आंदोलन से भी शिखर उत्पन्न हो सकता है। ऑन्सेगर ने सुझाव दिया कि प्रयोगवादी एक सावधानीपूर्वक कैलोरीमेट्रिक प्रयोग करके ऊष्मा क्षमता में नाटकीय परिवर्तन की तलाश करते हैं। बर्फ XI में एक चरण संक्रमण की पहचान पहली बार 1972 में शुजी कवाड़ा और अन्य लोगों द्वारा प्रायोगिक रूप से की गई थी। फेरोइलेक्ट्रिक गुण आइस XI फेरोइलेक्ट्रिक है, जिसका अर्थ है कि इसमें एक आंतरिक ध्रुवीकरण है। फेरोइलेक्ट्रिक के रूप में अर्हता प्राप्त करने के लिए इसे एक विद्युत क्षेत्र के तहत ध्रुवीकरण स्विचिंग का भी प्रदर्शन करना चाहिए, जिसे निर्णायक रूप से प्रदर्शित नहीं किया गया है, लेकिन जिसे निहित रूप से संभव माना जाता है। क्यूबिक बर्फ में एक फेरोइलेक्ट्रिक चरण भी होता है और इस मामले में बर्फ के फेरोइलेक्ट्रिक गुणों को प्रयोगात्मक रूप से मोनोलेयर पतली फिल्मों पर प्रदर्शित किया गया है। इसी तरह के एक प्रयोग में, षट्कोणीय बर्फ की फेरोइलेक्ट्रिक परतों को प्लैटिनम (111) सतह पर उगाया गया था। सामग्री में एक ध्रुवीकरण था जिसमें 30 एकल परतों की क्षय लंबाई थी जो सुझाव देती है कि बर्फ XI की पतली परतों को डोपेंट के उपयोग के बिना कम तापमान पर सब्सट्रेट पर उगाया जा सकता है। एक आयामी नैनो-सीमित फेरोइलेक्ट्रिक बर्फ XI को 2010 में बनाया गया था। खगोलीय भौतिक प्रभाव जैसा कि उल्लेख किया गया था, बर्फ XI सैद्धांतिक रूप से 50-70 K-बाहरी सौर मंडल के खगोलीय भौतिक वातावरण में मौजूद तापमान और चंद्रमा और बुध पर स्थायी रूप से छायांकित ध्रुवीय गड्ढों के बीच के तापमान पर कम दबाव पर बन सकती है। बर्फ XI सबसे आसानी से लगभग 70 K बनाता है-विरोधाभासी रूप से, इसे कम तापमान पर बनने में अधिक समय लगता है। प्रायोगिक मापों से निष्कर्ष निकालते हुए, 70 केल्विन पर बनने में ~ 50 वर्ष और 50 केल्विन पर ~ 300 मिलियन वर्ष लगने का अनुमान है। यह यूरेनस और नेपच्यून के ऊपरी वायुमंडल और प्लूटो और चेरोन जैसे स्थानों पर मौजूद होने के लिए सिद्धांतित है। बृहस्पति और शनि के वायुमंडल में भी बर्फ XI के छोटे क्षेत्र मौजूद हो सकते हैं। यह तथ्य कि बर्फ XI के छोटे क्षेत्र 111 केल्विन तक के तापमान पर मौजूद हो सकते हैं, कुछ वैज्ञानिकों का अनुमान है कि यह अंतरतारकीय अंतरिक्ष में काफी आम हो सकता है, जिसमें छोटे 'न्यूक्लिएशन बीज' अंतरिक्ष के माध्यम से फैलते हैं और नियमित बर्फ को परिवर्तित करते हैं, बहुत कुछ वैसा ही जैसा कि वोनेगट्स कैट के पालना में वर्णित काल्पनिक बर्फ-नौ। अंतरतारकीय अंतरिक्ष और ग्रह निर्माण में बर्फ XI की संभावित भूमिकाएँ कई शोध पत्रों का विषय रही हैं। जब तक बाहरी अंतरिक्ष में बर्फ XI की अवलोकन संबंधी पुष्टि नहीं की जाती है, तब तक इटाका द्वारा की गई उपरोक्त आलोचना के कारण अंतरिक्ष में बर्फ XI की उपस्थिति विवादास्पद बनी हुई है। बर्फ XI के अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन 2009 में अंतरिक्ष में बर्फ XI की खोज की तैयारी में किया गया था। संदर्भ बाहरी लिंक जल बर्फ फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री