Ice XI
آئس الیون برف کی عام شکل آئی ایچ کی ہائیڈروجن سے ترتیب دی گئی شکل ہے۔ برف کے مختلف مراحل، برف II سے لے کر برف XIX تک، لیبارٹری میں مختلف درجہ حرارت اور دباؤ پر بنائے گئے ہیں۔ آئس الیون کی کل اندرونی توانائی آئس آئی ایچ سے تقریبا چھٹا حصہ کم ہے، لہذا اصولی طور پر یہ قدرتی طور پر اس وقت بننا چاہیے جب آئس آئی ایچ کو 72 کے سے نیچے ٹھنڈا کیا جائے۔ اس منتقلی کو حاصل کرنے کے لیے درکار کم درجہ حرارت کا تعلق دونوں ڈھانچوں کے درمیان نسبتا کم توانائی کے فرق سے ہے۔ برف Ih میں پانی کے مالیکیول چار نیم بے ترتیب ہدایت والے ہائیڈروجن بانڈ سے گھرا ہوا ہے۔ اس طرح کے انتظامات کو کم درجہ حرارت پر آئس الیون میں پائے جانے والے ہائیڈروجن بانڈز کے زیادہ منظم ترتیب میں تبدیل ہونا چاہیے، جب تک کہ مقامی پروٹون کودنا کافی حد تک فعال ہو۔ ایک ایسا عمل جو بڑھتے ہوئے دباؤ کے ساتھ آسان ہو جاتا ہے۔ اسی کے مطابق، خیال کیا جاتا ہے کہ آئس الیون کا ٹرپل پوائنٹ ہے جس میں ہیکساگونل برف اور گیس پانی (~ 72 K، ~ 0 PA) ہے۔ خصوصیات آئس الیون میں خلائی گروپ سی ایم سی 21 کے ساتھ ایک آرتھورومبک ڈھانچہ ہے جس میں فی یونٹ سیل میں آٹھ مالیکیول ہوتے ہیں۔ اس کے جالی کے پیرامیٹرز a = 4.465 (3) Å، b = 7.859 (4) Å، اور c = 7.292 (2) Å 5 K پر ہیں۔ دراصل برف کی 16 کرسٹلگرافک طور پر غیر مساوی ہائیڈروجن کے ترتیب شدہ ترتیبات ہیں جن میں فی یونٹ سیل میں آٹھ ایٹموں کی آرتھورومبک ساخت ہے، لیکن الیکٹرانک ڈھانچے کے حساب سے Cmc21 کو سب سے زیادہ مستحکم ظاہر ہوتا ہے۔ ایک اور ممکنہ ترتیب، خلائی گروپ Pna21 کے ساتھ بھی دلچسپی کا باعث ہے، کیونکہ یہ ایک اینٹیفیرو الیکٹرک کرسٹل ہے، جسے ڈیوڈسن اور موروکوما نے 1984 میں غلط طریقے سے سب سے مستحکم ڈھانچے کے طور پر تجویز کیا تھا۔ عملی طور پر، آئس الیون کو تقریبا ایک ہفتے کے لیے 72 K سے بالکل نیچے رکھے گئے ڈائلیوٹ (10 mM) KOH محلول سے آسانی سے تیار کیا جاتا ہے (D2O کے لیے 76 K سے بالکل نیچے کا درجہ حرارت کافی ہوگا)۔ ہائڈروکسائڈ آئن ہیکساگونل برف میں نقائص پیدا کرتے ہیں، جس سے پروٹون آکسیجن ایٹموں کے درمیان زیادہ آزادانہ طور پر چھلانگ لگا سکتے ہیں (اور اس لیے آئس الیون کی یہ ساخت 'آئس رولز' کو توڑ دیتی ہے)۔ مزید خاص طور پر، ہر ہائیڈرو آکسائیڈ آئن ایک بیجرم ایل عیب اور ایک آئنائزڈ ورٹیکس پیدا کرتا ہے۔ عیب اور آئن دونوں پورے جالی میں حرکت کر سکتے ہیں اور پروٹون کو دوبارہ ترتیب دینے میں 'مدد' کر سکتے ہیں۔ مثبت K + آئن بھی ایک کردار ادا کر سکتا ہے کیونکہ یہ پایا گیا ہے کہ KOH دیگر الکالی ہائیڈروکسائڈز سے بہتر کام کرتا ہے۔ ان ترتیب دینے والے میکانزم کی صحیح تفصیلات اب بھی ناقص طور پر سمجھی گئی ہیں اور زیر بحث ہیں کیونکہ تجرباتی طور پر ہائیڈرو آکسائیڈ اور K + آئنوں کی نقل و حرکت 72 K کے آس پاس بہت کم دکھائی دیتی ہے۔ موجودہ عقیدہ یہ ہے کہ KOH صرف ہائیڈروجن ری آرڈرنگ میں مدد کے لیے کام کرتا ہے اور آئس XI کے کم توانائی کے استحکام کے لیے ضروری نہیں ہے۔ تاہم، 2010 میں توشیکی آئتاکا کے حساب کتاب اس پر سوال اٹھاتے ہیں۔ آئتاکا کا استدلال ہے کہ KOH آئن C-محور کے ساتھ کرسٹل جالی کے بڑے خالص برقی دو قطبی لمحے کی تلافی کرتے ہیں۔ مذکورہ بالا الیکٹرانک ڈھانچے کے حسابات ایک لامحدود جالی کو فرض کرتے ہوئے کیے جاتے ہیں اور سطح کے چارجز سے پیدا ہونے والے میکروسکوپک برقی شعبوں کے اثرات کو نظر انداز کرتے ہیں۔ چونکہ اس طرح کے فیلڈز کسی بھی محدود سائز کے کرسٹل میں موجود ہوتے ہیں، غیر ڈوپڈ آئس الیون میں، روایتی فیرو الیکٹرکس کی طرح متبادل ڈائپول مومنٹ کے ڈومین بننا چاہئے۔ یہ بھی تجویز کیا گیا ہے کہ آئس Ih => آئس XI کی منتقلی پروٹانوں کی سرنگ کے ذریعے فعال ہوتی ہے۔ اگرچہ آئس الیون کو آئس آئی ایچ کے مقابلے میں زیادہ مستحکم تشکیل سمجھا جاتا ہے، لیکن تبدیلی بہت سست ہے۔ ایک رپورٹ کے مطابق، انٹارکٹک حالات میں اتپریرک کی مدد کے بغیر اس کی تشکیل میں کم از کم 100,000 سال لگنے کا تخمینہ ہے۔ آئس الیون کو انٹارکٹک برف میں تلاش کیا گیا اور پایا گیا جو 1998 میں تقریبا 100 سال پرانی تھی۔ 2004 میں ایک مزید مطالعہ اس دریافت کو دوبارہ پیش کرنے کے قابل نہیں تھا، تاہم، انٹارکٹک برف کا مطالعہ کرنے کے بعد جو تقریبا 3000 سال پرانی تھی۔ 1998 کے انٹارکٹک مطالعے میں یہ بھی دعوی کیا گیا کہ تبدیلی کا درجہ حرارت (برف XI => برف Ih) ہے، جو اوپر بیان کردہ متوقع ٹرپل پوائنٹ (72 K، ~ 0 PA) کے درجہ حرارت سے کہیں زیادہ ہے۔ آئس الیون بہت کم درجہ حرارت (~ 10 K) اور کم دباؤ پر خالص پانی کا استعمال کرتے ہوئے تجربات میں بھی پایا گیا-ایسے حالات جو اوپری ماحول میں موجود ہونے کے بارے میں سوچا جاتا ہے۔ حال ہی میں، آئس الیون کے چھوٹے ڈومینز کو خالص پانی میں تشکیل پاتے ہوئے پایا گیا۔ اس کے مرحلے کی منتقلی 72 K پر ہوئی جبکہ 70 MPa تک کے ہائیڈروسٹیٹک دباؤ کے حالات میں۔ آئس آئی ایچ جسے آئس الیون میں تبدیل کر دیا گیا ہے اور پھر واپس آئس آئی ایچ میں، درجہ حرارت بڑھانے پر، کچھ ہائیڈروجن آرڈرڈ ڈومینز کو برقرار رکھتا ہے اور زیادہ آسانی سے دوبارہ آئس الیون میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ نیوٹرون پاؤڈر ڈفریکشن کے مطالعے سے پتہ چلا ہے کہ چھوٹے ہائیڈروجن آرڈرڈ ڈومینز 111 K تک موجود ہو سکتے ہیں۔ آئس Ih اور XI کے درمیان رمن سپیکٹرم میں واضح فرق ہیں، آئس XI ٹرانسلیشنل (~ 230 cm−1)، لائبریریشنل (~ 630 cm−1) اور فیز میں غیر متناسب پھیلاؤ (~ 3200 cm−1) کے علاقوں میں بہت زیادہ مضبوط چوٹیاں دکھاتا ہے۔ آئس آئی سی میں پروٹون سے ترتیب دی گئی شکل بھی ہوتی ہے۔ آئس XIc کی کل اندرونی توانائی کی پیش گوئی آئس XIh کی طرح کی گئی تھی۔ برف میں ہائیڈروجن آرڈر کرنے کے اشارے 1964 کے اوائل میں دیکھے گئے تھے، جب ڈینگل اور دیگر تھے۔ تھرمو-اسٹیمولیٹڈ ڈی پولرائزیشن (ٹی ایس ڈی) کرنٹ میں ایک چوٹی کو پروٹون آرڈرڈ فیرو الیکٹرک مرحلے کے وجود سے منسوب کیا گیا۔ تاہم، وہ حتمی طور پر یہ ثابت نہیں کر سکے کہ ایک مرحلے کی منتقلی ہوئی ہے، اور اونساگر نے نشاندہی کی کہ چوٹی نقائص اور جالی کی خامیوں کی نقل و حرکت سے بھی پیدا ہو سکتی ہے۔ اونساگر نے مشورہ دیا کہ تجرباتی ماہرین ایک محتاط کیلوری میٹرک تجربہ انجام دے کر حرارت کی صلاحیت میں ڈرامائی تبدیلی کی تلاش کرتے ہیں۔ آئس الیون میں ایک مرحلے کی منتقلی کی پہلی بار تجرباتی طور پر 1972 میں شوجی کاوڈا اور دیگر افراد نے شناخت کی تھی۔ فیرو الیکٹرک خصوصیات آئس الیون فیرو الیکٹرک ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس میں اندرونی پولرائزیشن ہے۔ فیرو الیکٹرک کے طور پر کوالیفائی کرنے کے لیے اسے برقی میدان کے تحت پولرائزیشن سوئچنگ کی بھی نمائش کرنی چاہیے، جس کا حتمی طور پر مظاہرہ نہیں کیا گیا ہے لیکن جسے واضح طور پر ممکن سمجھا جاتا ہے۔ کیوبک آئس میں فیرو الیکٹرک مرحلہ بھی ہوتا ہے اور اس معاملے میں برف کی فیرو الیکٹرک خصوصیات کا تجرباتی طور پر یک پرت پتلی فلموں پر مظاہرہ کیا گیا ہے۔ اسی طرح کے ایک تجربے میں، ہیکساگونل برف کی فیرو الیکٹرک تہوں کو پلاٹینم (111) کی سطح پر اگایا گیا۔ اس مواد میں پولرائزیشن تھی جس کی گرنے کی لمبائی 30 مونو لیئرز تھی جس سے پتہ چلتا ہے کہ آئس الیون کی پتلی تہوں کو ڈوپینٹ کے استعمال کے بغیر کم درجہ حرارت پر سبسٹریٹس پر اگایا جا سکتا ہے۔ ایک جہتی نینو محدود فیرو الیکٹرک آئس XI 2010 میں بنایا گیا تھا۔ فلکی طبیعیات کے مضمرات جیسا کہ ذکر کیا گیا تھا، برف الیون نظریاتی طور پر 50-70 K کے درمیان درجہ حرارت پر کم دباؤ پر بن سکتی ہے-بیرونی نظام شمسی کے فلکی طبیعیات کے ماحول میں موجود درجہ حرارت اور چاند اور مرکری پر مستقل طور پر سایہ دار قطبی گڑھوں کے اندر۔ آئس الیون 70 K کے ارد گرد سب سے زیادہ آسانی سے تشکیل پاتا ہے-متضاد طور پر، کم درجہ حرارت پر بننے میں زیادہ وقت لگتا ہے۔ تجرباتی پیمائشوں سے خلاصہ کرتے ہوئے، 70 K پر بننے میں 50 سال اور 50 K پر 300 ملین سال لگنے کا تخمینہ لگایا گیا ہے۔ یہ یورینس اور نیپٹون کے اوپری ماحول اور پلوٹو اور شیرون جیسی جگہوں پر موجود ہونے کا نظریہ ہے۔ آئس الیون کے چھوٹے ڈومین جپٹر اور سیٹرن کے ماحول میں بھی موجود ہو سکتے ہیں۔ یہ حقیقت کہ آئس الیون کے چھوٹے ڈومینز 111 K تک کے درجہ حرارت پر موجود ہو سکتے ہیں، کچھ سائنس دانوں نے قیاس آرائی کی ہے کہ یہ انٹرسٹیلر اسپیس میں کافی عام ہو سکتا ہے، جس میں چھوٹے 'نیوکلیئشن بیج' خلا میں پھیلتے ہیں اور باقاعدہ برف کو تبدیل کرتے ہیں، بالکل ویگنگٹ کی بلی کے گہوارے میں مذکور افسانوی آئس نائن کی طرح۔ انٹرسٹیلر اسپیس اور سیارے کی تشکیل میں آئس الیون کے ممکنہ کردار کئی تحقیقی مقالے کا موضوع رہے ہیں۔ بیرونی خلا میں آئس الیون کی مشاہداتی تصدیق ہونے تک، آئتاکا کی طرف سے اٹھائی گئی مذکورہ تنقید کی وجہ سے خلا میں آئس الیون کی موجودگی متنازعہ ہے۔ آئس الیون کے اورکت جذب سپیکٹرم کا مطالعہ 2009 میں خلا میں آئس الیون کی تلاش کی تیاری کے لیے کیا گیا تھا۔ حوالہ جات بیرونی روابط واٹر آئس فیرو الیکٹرک مواد