पानी के गुण: आइसोटोप और आणविक संरचना।

पानी के गुण: समस्थानिक और आणविक संरचना।

पानी के गुण 1: सामान्य
2 पानी के गुण: भौतिक और रासायनिक गुण

पानी की समस्थानिक रचना

जल, नाभिक में प्रोटॉन से जुड़े न्यूट्रॉन की संख्या से ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के आइसोटोप के विभिन्न संयोजनों का मिश्रण है।

1H,2 एच (ड्यूटेरियम)3एच (ट्रिटियम)

16O, 17O,18O.

समस्थानिक अनुपात हैं:

हाइड्रोजन के लिए:
2H/1एच = 1 / 6900

3H/1एच = 1 / 10 18

ट्रिटियम एक अस्थिर तत्व, अपने समय के आधा (जीवन) 12,5 वर्ष है।

ऑक्सीजन के लिए:
18O/16हे = 1 / 500

17O/16हे = 1 / 2500

4 मुख्य आणविक प्रजातियों और उनकी आवृत्ति इस प्रकार है:

1H216हे = 99,7%

1H2 18 हे = 0,2%

1H217हे = 0,04%

1HD16हे = 0,03%

D216हे = बहुत कम

विभिन्न आइसोटोप विशेष उनके घनत्व में, अणुओं के भौतिक गुणों में मतभेद प्रेरित है, लेकिन रासायनिक गुण ही रहते हैं।

भारी पानी डी2ओ अपनी प्राकृतिक अवस्था में मौजूद है लेकिन बहुत बड़ी मात्रा में
कम। एक प्रशंसनीय मात्रा होने के लिए, आपको आइसोटोपिक पृथक्करण की तकनीकों में महारत हासिल करनी चाहिए: परमाणु हथियार तैयार करने के लिए पिछले विश्व युद्ध के दौरान यह मूलभूत चुनौतियों में से एक थी।

तापमान जैसे थर्मोडायनामिक मापदंडों के अनुमान में पानी के रासायनिक घटकों की समस्थानिक संरचना का उपयोग किया जाता है;
रिपोर्ट 18 O/16O ध्रुवीय आइस कैप से बर्फ और जीवाश्म एक्वीफर्स से पानी अतीत की जलवायु के बारे में जानकारी प्रदान करता है।

महासागरीय जल आइसोटोपिक विभाजन के साथ वाष्पित होता है: ऑक्सीजन का प्रकाश समस्थानिक भारी समस्थानिक की प्राथमिकता में विकसित होता है। बादल और वर्षा के पानी की तुलना में महासागर भारी आइसोटोप में समृद्ध हैं।

वर्षा का पानी में पानी की आइसोटोप
वर्षा की स्थिर आइसोटोप सामग्री (ब्लावौक्स और लेटोल, 1995 से)।

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कोरल में ऑक्सीजन की आइसोटोप
मैयट कोरल में ऑक्सीजन आइसोटोप सामग्री में भिन्नता (कैसानोवा एट अल।, 1994 से)।

अणु की संरचना

हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों को नियोन की तरह एक पूरी परत बनाने के लिए पूल करते हैं। वास्तव में, ऑक्सीजन परमाणु में अपनी इलेक्ट्रॉन परत को पूरा करने के लिए 2 इलेक्ट्रॉनों का अभाव है, ये 2 हाइड्रोजन परमाणु हैं जो इसे आपूर्ति करते हैं। गठित H2O अणु स्थिर है।

ऑक्सीजन: 8 8 प्रोटॉन + न्यूट्रॉन
हाइड्रोजन: 2 (2 * (1 1 न्यूट्रॉन प्रोटॉन +))

कुल: प्रोटॉन 10 10 इलेक्ट्रॉनों का भार संतुलन।

हाइड्रोजन के नाभिक में एक ऑक्सीजन का एक पक्ष होता है, जो एक विशेषता "मिकी सिर" (हाइड्रोजेन कान होने के नाते) बनाता है।

पानी की आणविक संरचना

HOH कोण 104,474 ° (टेट्राहेड्रल ज्यामिति की विशेषता) है। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणु के बीच की दूरी वाष्प में 1 A ° (0,95718 A °) के करीब है। अणु का प्रभावी व्यास लगभग 2,82 ए ° है।

इस छोटे अणु में विद्युत आवेश असमान रूप से वितरित होते हैं। इलेक्ट्रॉन हाइड्रोजन की तुलना में ऑक्सीजन परमाणु की ओर अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं। 2 सकारात्मक चार्ज केंद्र हाइड्रोजन नाभिक के पास और 2 नकारात्मक चार्ज केंद्र ऑक्सीजन नाभिक के पास बनाए जाते हैं। पानी के अणु के गैर-रेखीय ज्यामिति के साथ संयुक्त आरोपों के वितरण में यह असंतुलन, एक मजबूत विद्युत द्विध्रुवीय क्षण के अस्तित्व से प्रकट होता है। पानी का अणु ध्रुवीय है; यह एक विद्युत द्विध्रुवीय की तरह व्यवहार करता है जो इस प्रकार अन्य ध्रुवीय अणुओं के साथ बंधन कर सकता है। दरअसल, पानी के अणुओं को क्रिस्टल के घटक आयनों के बीच विद्युत चार्ज के उनके विपरीत हिस्से की ओर उन्मुख करके डाला जा सकता है। क्रिस्टलीय आयनों का आकर्षण बहुत कमजोर हो जाता है और क्रिस्टल का सामंजस्य कम हो जाता है, जिससे इसके विघटन में आसानी होती है। पानी के अणु के ध्रुवीय गुण माइक्रोवेव हीटिंग की तकनीक की व्याख्या करते हैं। वास्तव में एक ध्रुवीकृत अणु एक विद्युत क्षेत्र के संबंध में उन्मुख है; यदि यह बदलता है, तो अणु अभिविन्यास के परिवर्तन का अनुसरण करता है। एक निश्चित आवृत्ति से, पानी के लिए कुछ गीगाहर्ट्ज, अणुओं के आंदोलनों से घर्षण से गर्मी पैदा होती है। घरेलू ओवन आम तौर पर 2,45 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर काम करते हैं, जो डेसीमीटर तरंगों से मेल खाती है।

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अणु के 3 नाभिक स्थिर नहीं होते हैं, वे एक-दूसरे के सापेक्ष चलते हैं, अणु हिलते हैं और मुड़ जाते हैं। तरल पानी में, अणु जुड़ते हैं: मिकी के सिर हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा ठुड्डी से कान को बांधते हैं। दरअसल, 8 परिधीय ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉनों में, केवल 4 हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधों में शामिल हैं। 4 शेष इलेक्ट्रॉनों को 2 जोड़े में विभाजित किया जाता है जिन्हें मुक्त इलेक्ट्रॉनिक युगल कहा जाता है। ऋणात्मक विद्युत आवेश के इन दोनों में से एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बंधन के साथ एक पास के पानी के अणु के सकारात्मक चार्ज हाइड्रोजन परमाणु के रूप में हो सकता है। हाइड्रोजन बॉन्ड, कमरे के तापमान पर स्थिर है, फिर भी सहसंयोजक बंधन की तुलना में नाजुक है। पानी के अणु में, 2 सहसंयोजक बंधों की दिशा में गठित ज्यामिति और 2 मुक्त इलेक्ट्रॉनिक युगल एक टेट्राहेड्रोन के करीब होते हैं, जिसका केंद्र ऑक्सीजन नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।

हालांकि, पानी के अणु की बड़ी संरचना अभी भी अपूर्ण रूप से ज्ञात है। एक्स-रे और न्यूट्रॉन विवर्तन स्पेक्ट्रा 2 मुख्य मूल्य प्रदान करते हैं: 1 ए ° के अनुरूप सिग्नल, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन नाभिक के बीच की दूरी, और तापमान के अनुसार 2,84 से 4 ए ° के बीच का मान: 2 ऑक्सीजन नाभिक के बीच की दूरी के अनुरूप। आरएक्स डिफ्रेक्टोमेट्री भी किसी अणु से दूरी आर पर स्थित तरल की मात्रा की प्रति यूनिट अणुओं की औसत संख्या को जानना संभव बनाती है। एक पानी के अणु में औसतन 4,4 पड़ोसी होते हैं, जो टेट्राहेड्रल मेष का सुझाव देते हैं। हाइड्रोजन बांड से जुड़े अणुओं के अलावा, अन्य अनबाउंड अणु होंगे, जो समझा सकते हैं कि पड़ोसी अणुओं की संख्या 4 से थोड़ा अधिक क्यों नहीं है, और 4 नहीं एक सख्त टेट्राहेड्रल क्रिस्टलीकृत राज्य के रूप में लागू होगा। हाइड्रोजन बांड से जुड़े अणुओं के क्रिस्टल जाली गुहाओं का गठन करेंगे जहां अनबाउंड अणु लॉज करेंगे। एक और परिकल्पना हाइड्रोजन बांड के विरूपण पर आधारित है। उत्तरार्द्ध, मूल रूप से रैखिक, जो कि ओ - हो परमाणुओं के साथ गठबंधन करने के लिए है, अलग-अलग डिग्री को मोड़ सकता है और अणुओं को पड़ोसी की तुलना में दूर तक केंद्रीय अणु के करीब आने की अनुमति दे सकता है।

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सैद्धांतिक मॉडल हाल ही में शक्तिशाली कंप्यूटरों का उपयोग करके विकसित किए गए हैं। वे संकेत देते हैं कि लगभग 80% पानी के अणु 3 या 4 हाइड्रोजन बांड में शामिल हैं; हालांकि, वे अनबाउंड अणुओं की उपस्थिति को बाहर करते हैं। कंप्यूटर मॉडलिंग से पता चलता है कि जैसे-जैसे पानी ठंडा होता है, अणुओं के नेटवर्क तेजी से बर्फ के समान हेक्सागोन के समान हो जाते हैं।

ठोस अवस्था अधिक सख्त क्रिस्टलीय व्यवस्था से मेल खाती है। साधारण दबाव में, बर्फ में एक षट्कोणीय संरचना होती है। कम तापमान (-80 डिग्री सेल्सियस से नीचे) पर, यह एक घन संरचना पर ले जा सकता है। विद्युत आवेश क्रिस्टल जाली में स्थानांतरित हो सकते हैं और आयनिक प्रकार के क्रिस्टलीय दोष उत्पन्न कर सकते हैं: हाइड्रेटेड प्रोटॉन H3O + और हाइड्रॉक्सिल आयन OH-। बर्फ का क्रिस्टल जाली अणुओं के सबसे कॉम्पैक्ट संभव ढेर के अनुरूप नहीं है। संलयन के समय, दोष समाप्त हो जाता है क्योंकि हाइड्रोजन बंधन टूट जाते हैं और अणु थोड़े करीब हो जाते हैं: घनत्व अधिकतम 4 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है। इसके बाद, तरल पानी में, तापमान में वृद्धि से अणु फैलते हैं और घनत्व कम हो जाता है।

विवरण, संदर्भ और ग्रंथ सूची:

ब्लावौक्स बी और लेटोल आर। (1995) - भूजल के ज्ञान के लिए समस्थानिक तकनीकों का योगदान। भू-समकालिक, 54, पी। 12-15।

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Maidment DR (1992) - जल विज्ञान की पुस्तिका। मैक ग्रे हिल।

कैसानोवा जे।, कोलोना एम। और जेर्रॉउड के। (1994) - जियोप्रोस्पेक्टिव - पैलेओक्लामोगोलोजी। आरएपीपी। Scient। बीआरजीएम, पी। 76-79।

स्रोत: http://www.u-picardie.fr/

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