Water cluster
வேதியியலில், நீர்க் கொத்து என்பது ஒரு தனித்த ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட கூட்டம் அல்லது நீர் மூலக்கூறுகளின் கொத்து ஆகும். இதுபோன்ற பல கொத்துக்கள் கோட்பாட்டு மாதிரிகளால் (சிலிக்கோவில்) கணிக்கப்பட்டுள்ளன, மேலும் சில பனி, மொத்த திரவ நீர், வாயு கட்டத்தில், துருவமற்ற கரைப்பான்களுடன் நீர்த்த கலவைகளில் மற்றும் படிக லட்டிஸ்களில் நீரேற்றமாக இருக்கும் நீர் போன்ற பல்வேறு சூழல்களில் சோதனை ரீதியாக கண்டறியப்பட்டுள்ளன. இதற்கு எளிய உதாரணம் வாட்டர் டைமர் (H2O) 2 ஆகும். வெப்பநிலையுடன் அதன் அசாதாரண அடர்த்தி மாறுபாடு போன்ற திரவ நீரின் சில முரண்பட்ட பண்புகளுக்கான விளக்கமாக நீர் கொத்துகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன. சில உபரி மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளின் உறுதிப்படுத்தலிலும் நீர் கொத்துக்கள் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. நீரில் கரைந்த மூலக்கூறுகள் மற்றும் அயனிகளின் நீரேற்றத்திலும் அவை பங்கு வகிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. கோட்பாட்டு கணிப்புகள் விரிவான நீர் மாதிரிகள் நீர் கிளஸ்டர்களின் நிகழ்வை முன்னறிவிக்கின்றன, அவற்றின் மொத்த ஆற்றல் உள்ளூர் குறைந்தபட்சமாக இருக்கும் நீர் மூலக்கூறுகளின் உள்ளமைவுகளாக. குறிப்பாக ஆர்வமுள்ளவை சுழற்சி கொத்துக்கள் (H2O) n ஆகும்; இவை n = 3 முதல் 60 வரை இருக்கும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது. 0.822 nm இன் 20 நீர் மூலக்கூறுகளுடன் கூடிய நீர் கிளஸ்டரின் அளவின் சோதனை முடிவை ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இடவியல் திறம்பட உருவாக்குவதற்கும், நீர் கிளஸ்டர்கள் மற்றும் பனிக்கட்டியின் இயற்பியல் பண்புகளை கணிப்பதற்கும் வரைபட மாறிலிகளின் ஆராய்ச்சி பயன்பாடுகள். (H2O) 6 கூண்டு மற்றும் (H2O) 20 டோடெகாஹெட்ரான் ஆகிய இரண்டு நீர்க் கொத்துக்களைக் கருத்தில் கொண்டு வரைபட மாறுபாடுகளின் பயன்பாடு உறுதிப்படுத்தப்படுகிறது, இது திட மற்றும் திரவ நிலைகளில் தோராயமாக ஒரே ஆக்ஸிஜன் அணு ஏற்பாடுகளுடன் தொடர்புடையது. குறைந்த வெப்பநிலையில், கிட்டத்தட்ட 50 சதவீதம் நீர் மூலக்கூறுகள் கொத்துக்களில் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன. கொத்து அளவு அதிகரித்து வருவதால் ஆக்ஸிஜனுக்கான ஆக்ஸிஜன் தூரம் குறைந்து வருவதைக் காணலாம், இது கூட்டுறவு பல-உடல் தொடர்புகள் என்று அழைக்கப்படுகிறதுஃ சார்ஜ் விநியோகத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தின் காரணமாக எச்-ஏற்பி மூலக்கூறு நீர் அசெம்பிளியின் ஒவ்வொரு விரிவாக்கத்துடனும் ஒரு சிறந்த எச்-டோனர் மூலக்கூறாக மாறுகிறது. ஹெக்ஸாமர் (H2O) 6 க்கு பல ஐசோமெரிக் வடிவங்கள் இருப்பதாகத் தெரிகிறதுஃ வளையம், புத்தகம், பை, கூண்டு முதல் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியான ஆற்றலுடன் கூடிய ப்ரிஸம் வடிவம் வரை. ஹெப்டேமர்கள் (H2O) 7 க்கு இரண்டு கூண்டு போன்ற ஐசோமர்கள் உள்ளன, மேலும் ஆக்டேமர்கள் (H2O) 8 சுழற்சி அல்லது கனசதுர வடிவத்தில் காணப்படுகின்றன. பிற கோட்பாட்டு ஆய்வுகள் மிகவும் சிக்கலான முப்பரிமாண கட்டமைப்புகளுடன் கூடிய கொத்துக்களை முன்னறிவிக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டுகளில் நீர் பக்கிப்பால் என்று பெயரிடப்பட்ட ஃபுலரீன் போன்ற கொத்து (H2O) 28 மற்றும் 280-நீர்-மூலக்கூறு அசுரன் ஐகோசாஹெட்ரல் நெட்வொர்க் (ஒவ்வொரு நீர் மூலக்கூறும் மற்ற 4 உடன் ஒருங்கிணைக்கிறது) ஆகியவை அடங்கும். பிந்தையது, 3 நானோமீட்டர் விட்டம் கொண்டது, 280 மற்றும் 100 மூலக்கூறுகளுடன் கூடிய கூடு கட்டப்பட்ட ஐகோசாஹெட்ரல் குண்டுகளைக் கொண்டுள்ளது. 320 மூலக்கூறுகளின் மற்றொரு ஷெல்லுடன் ஒரு ஆக்மென்டட் பதிப்பும் உள்ளது. ஒவ்வொரு ஷெல்லையும் சேர்ப்பதன் மூலம் நிலைத்தன்மை அதிகரிக்கிறது. 700 க்கும் மேற்பட்ட நீர் மூலக்கூறுகளின் நீர் தொகுப்புகளின் தத்துவார்த்த மாதிரிகள் உள்ளன, ஆனால் அவை சோதனை ரீதியாக கவனிக்கப்படவில்லை. மொத்த நீரில் உள்ள எந்தவொரு உபரி மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளையும் பரிசோதனை ஆய்வு செய்வது கடினம், ஏனெனில் அவற்றின் குறுகிய ஆயுட்காலம்ஃ ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் தொடர்ந்து உடைந்து 200 ஃபெம்டோ விநாடிகளை விட வேகமாக நேர அளவுகளில் சீர்திருத்தப்படுகின்றன. ஆயினும்கூட, வாயு கட்டத்திலும், நீர் மற்றும் பென்சீன் மற்றும் திரவ ஹீலியம் போன்ற துருவமற்ற கரைப்பான்களின் நீர்த்த கலவைகளிலும் நீர் கொத்துக்கள் காணப்படுகின்றன. கிளஸ்டர்களின் சோதனை கண்டறிதல் மற்றும் குணாதிசயமாக்கல் பின்வரும் முறைகள் மூலம் அடையப்பட்டுள்ளதுஃ தொலைதூர அகச்சிவப்பு spectroscopy|far-அகச்சிவப்பு (எஃப்ஐஆர்), அதிர்வு-சுழற்சி-சுரங்கப்பாதை spectroscopy|vibration-சுழற்சி-சுரங்கப்பாதை (விஆர்டி), என்-என்எம்ஆர் மற்றும் நியூட்ரான் விலகல். ஹெக்ஸாமர் திரவ ஹீலியத்தில் பிளானர் வடிவியல், கரிம கரைப்பான்களில் ஒரு நாற்காலி இணக்கம் மற்றும் வாயு கட்டத்தில் ஒரு கூண்டு அமைப்பு ஆகியவற்றைக் கொண்டிருப்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. ஐஆர் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோப்பியை மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரியுடன் இணைக்கும் சோதனைகள் n = (8-10) வரம்பில் உள்ள கிளஸ்டர்களுக்கான கனசதுர உள்ளமைவுகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. நீர் ஒரு ஹைட்ரேட்டைப் போல ஒரு படிக கட்டமைப்பின் ஒரு பகுதியாக இருக்கும்போது, எக்ஸ்ரே விலகல் பயன்படுத்தப்படலாம். இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி நீர் ஹெப்டேமரின் உருவாக்கம் (சுழற்சி முறுக்கப்பட்ட பிளானர் அல்லாத) தீர்மானிக்கப்பட்டது. மேலும், பல பாலி ஆக்சோமெட்டலேட் கிளஸ்டர்களின் துவாரங்களுக்குள் சிக்கியிருக்கும் சூத்திரங்கள் (H2O) 100 கொண்ட பல அடுக்கு நீர் கிளஸ்டர்களும் முல்லர் மற்றும் பலர் மூலம் தெரிவிக்கப்பட்டன. மொத்த திரவ நீரின் கிளஸ்டர் மாதிரிகள் திரவத்திற்குள் கொத்து உருவாக்கத்தால் அவை ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன என்று கருதி பல மாதிரிகள் நீரின் மொத்த பண்புகளைக் கணக்கிட முயற்சிக்கின்றன. திரவங்களின் குவாண்டம் கிளஸ்டர் சமநிலை (கியூசிஇ) கோட்பாட்டின் படி, n = 8 கிளஸ்டர்கள் திரவ நீர் மொத்த கட்டத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன, அதைத் தொடர்ந்து n = 5 மற்றும் n = 6 கிளஸ்டர்கள் உள்ளன. மூன்று புள்ளிக்கு அருகில், ஒரு n = 24 கிளஸ்டரின் இருப்பு அழைக்கப்படுகிறது. மற்றொரு மாதிரியில், சிறிய கரைப்பான்களை இணைக்கும் திறன் கொண்ட துவாரங்களைக் கொண்ட ஹெக்ஸாமர் மற்றும் பென்டாமர் வளையங்களின் கலவையிலிருந்து மொத்த நீர் கட்டமைக்கப்படுகிறது. மற்றொரு மாதிரியில் ஒரு கன நீர் ஆக்டேமர் மற்றும் இரண்டு சுழற்சி டெட்ராமர்களுக்கு இடையில் ஒரு சமநிலை உள்ளது. இருப்பினும், எந்த மாதிரியும் வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக நீரின் சோதனை ரீதியாக கவனிக்கப்படும் அதிகபட்ச அடர்த்தியை இனப்பெருக்கம் செய்யவில்லை. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு எம்பெம்பா விளைவு நீரின் பண்புகளையும் பார்க்கவும் ரிச்சர்ட் ஜே. சாய்கல்லி மேற்கோள்கள் வெளிப்புற இணைப்புகள் லண்டன் சவுத் பாங்க் பல்கலைக்கழக இணைப்பில் உள்ள நீர் கிளஸ்டர்கள் கேம்பிரிட்ஜ் கிளஸ்டர் தரவுத்தளம்-பல்வேறு நீர் மாதிரிகளுடன் கணக்கிடப்பட்ட நீர் கிளஸ்டர்கள் மற்றும் ஏபி இன்ஷியோ முறைகளால் ஆராயப்பட்ட நீர் கிளஸ்டர்கள் அடங்கும். கிளஸ்டர் வேதியியல் நீர் வேதியியல்