Water cluster
ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ, ನೀರಿನ ಸಮೂಹವು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಂಧದ ಜೋಡಣೆ ಅಥವಾ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳ ಸಮೂಹವಾಗಿದೆ. ಅಂತಹ ಅನೇಕ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಾದರಿಗಳಿಂದ (ಸಿಲಿಕೋದಲ್ಲಿ) ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಐಸ್, ಬೃಹತ್ ದ್ರವ ನೀರು, ಅನಿಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ, ಧ್ರುವೀಯವಲ್ಲದ ದ್ರಾವಕಗಳೊಂದಿಗೆ ದುರ್ಬಲ ಮಿಶ್ರಣಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕ ಜಾಲರಿಗಳಲ್ಲಿ ಜಲಸಂಚಯನದ ನೀರಿನಂತಹ ವಿವಿಧ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಪತ್ತೆಯಾಗಿವೆ. ಸರಳ ಉದಾಹರಣೆಯೆಂದರೆ ವಾಟರ್ ಡೈಮರ್ (H2O) 2. ದ್ರವ ನೀರಿನ ಕೆಲವು ಅಸಂಗತ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ವಿವರಣೆಯಾಗಿ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ಅದರ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅಸಾಮಾನ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ. ಕೆಲವು ಸುಪ್ರಾಮಾಲಿಕ್ಯುಲರ್ ರಚನೆಗಳ ಸ್ಥಿರೀಕರಣದಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳು ಸಹ ತೊಡಗಿಕೊಂಡಿವೆ. ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕರಗುವ ಅಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಯಾನುಗಳ ಜಲಸಂಚಯನದಲ್ಲೂ ಅವು ಪಾತ್ರವಹಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮುನ್ಸೂಚನೆಗಳು ವಿವರವಾದ ನೀರಿನ ಮಾದರಿಗಳು ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳ ಸಂಭವವನ್ನು ಊಹಿಸುತ್ತವೆ, ನೀರಿನ ಅಣುಗಳ ಸಂರಚನೆಗಳು ಅವುಗಳ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯು ಸ್ಥಳೀಯ ಕನಿಷ್ಠವಾಗಿದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆಸಕ್ತಿಯ ವಿಷಯವೆಂದರೆ ಆವರ್ತಕ ಸಮೂಹಗಳು (H2O) n; ಇವು n = 3 ರಿಂದ 60 ರವರೆಗೆ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ. 0.822 nmನ 20 ನೀರಿನ ಅಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ನೀರಿನ ಸಮೂಹದ ಗಾತ್ರದ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಫಲಿತಾಂಶವನ್ನು ಸಂಶೋಧನೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಾಂಡ್ ಟೋಪೋಲಜಿಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳು ಮತ್ತು ಮಂಜುಗಡ್ಡೆಯ ಭೌತಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಊಹಿಸಲು ಗ್ರಾಫ್ ಇನ್ವೇರಿಯಂಟ್ಗಳ ಸಂಶೋಧನೆ ಬಳಕೆಗಳು. (H2O) 6 ಪಂಜರ ಮತ್ತು (H2O) 20 ಡೋಡೆಕಾಹೆಡ್ರನ್ ಎಂಬ ಎರಡು ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವ ಮೂಲಕ ಗ್ರಾಫ್ ಅಸ್ಥಿರಗಳ ಉಪಯುಕ್ತತೆಯನ್ನು ದೃಢೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ನೀರಿನ ಘನ ಮತ್ತು ದ್ರವ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ಸರಿಸುಮಾರು ಒಂದೇ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಪರಮಾಣು ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, ಸುಮಾರು 50 ಪ್ರತಿಶತದಷ್ಟು ನೀರಿನ ಅಣುಗಳು ಸಮೂಹಗಳಲ್ಲಿ ಸೇರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಕ್ಲಸ್ಟರ್ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರೊಂದಿಗೆ ಆಮ್ಲಜನಕದಿಂದ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಅಂತರವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಹಕಾರಿ ಬಹು-ದೇಹದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತದೆಃ ಚಾರ್ಜ್ ವಿತರಣೆಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯಿಂದಾಗಿ ಎಚ್-ಗ್ರಾಹಕ ಅಣುವು ನೀರಿನ ಜೋಡಣೆಯ ಪ್ರತಿ ವಿಸ್ತರಣೆಯೊಂದಿಗೆ ಉತ್ತಮ ಎಚ್-ಡೋನರ್ ಅಣುವಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಕ್ಸಾಮರ್ (H2O) 6 ಗೆ ಅನೇಕ ಐಸೋಮೆರಿಕ್ ರೂಪಗಳು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆಃ ಉಂಗುರ, ಪುಸ್ತಕ, ಚೀಲ, ಪಂಜರದಿಂದ ಹಿಡಿದು ಬಹುತೇಕ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಿಸ್ಮ್ ಆಕಾರದವರೆಗೆ. ಹೆಪ್ಟಾಮರ್ಗಳು (H2O) 7ಕ್ಕೆ ಎರಡು ಪಂಜರದಂತಹ ಐಸೋಮರ್ಗಳು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ, ಮತ್ತು ಆಕ್ಟಾಮರ್ಗಳು (H2O) 8 ಆವರ್ತಕ ಅಥವಾ ಘನದ ಆಕಾರದಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುತ್ತವೆ. ಇತರ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಮೂರು ಆಯಾಮದ ರಚನೆಗಳುಳ್ಳ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಊಹಿಸುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ವಾಟರ್ ಬಕಿಬಾಲ್ ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾದ ಫುಲೆರೀನ್ ತರಹದ ಕ್ಲಸ್ಟರ್ (H2O) 28 ಮತ್ತು 280-ನೀರಿನ-ಅಣುಗಳ ದೈತ್ಯಾಕಾರದ ಐಕೋಸಾಹೆಡ್ರಲ್ ಜಾಲ (ಪ್ರತಿ ನೀರಿನ ಅಣುವು 4 ಇತರ ಅಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಮನ್ವಯಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ) ಸೇರಿವೆ. ಎರಡನೆಯದು, 3 ಎನ್ಎಂ ವ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು, 280 ಮತ್ತು 100 ಅಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ನೆಸ್ಟೆಡ್ ಐಕೋಸಾಹೆಡ್ರಲ್ ಚಿಪ್ಪುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. 320 ಅಣುಗಳ ಮತ್ತೊಂದು ಶೆಲ್ನೊಂದಿಗೆ ವರ್ಧಿತ ಆವೃತ್ತಿಯೂ ಇದೆ. ಪ್ರತಿ ಚಿಪ್ಪಿನ ಸೇರ್ಪಡೆಯೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. 700ಕ್ಕೂ ಹೆಚ್ಚು ನೀರಿನ ಅಣುಗಳ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಾದರಿಗಳಿವೆ, ಆದರೆ ಅವುಗಳನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಗಮನಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅವಲೋಕನಗಳು ಬೃಹತ್ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಸುಪ್ರಾಮೋಲಿಕ್ಯುಲರ್ ರಚನೆಗಳ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅಧ್ಯಯನವು ಅವುಗಳ ಅಲ್ಪಾವಧಿಯ ಜೀವಿತಾವಧಿಯ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿದೆಃ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಂಧಗಳು ನಿರಂತರವಾಗಿ 200 ಫೆಮ್ಟೊಸೆಕೆಂಡುಗಳಿಗಿಂತ ವೇಗವಾಗಿ ಸಮಯದ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಮುರಿಯುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಸುಧಾರಣೆಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅನಿಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಬೆಂಜೀನ್ ಮತ್ತು ದ್ರವ ಹೀಲಿಯಂನಂತಹ ನೀರಿನ ಮತ್ತು ಧ್ರುವೀಯವಲ್ಲದ ದ್ರಾವಕಗಳ ದುರ್ಬಲ ಮಿಶ್ರಣಗಳಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಗಿದೆ. ಕ್ಲಸ್ಟರ್ಗಳ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಪತ್ತೆ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ವಿಧಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಾಧಿಸಲಾಗಿದೆಃ ಫಾರ್-ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ spectroscopy|far-ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ (ಎಫ್ಐಆರ್), ವೈಬ್ರೇಷನ್-ರೊಟೇಶನ್-ಟನಲಿಂಗ್ spectroscopy|vibration-ರೊಟೇಶನ್-ಟನಲಿಂಗ್ (ವಿಆರ್ಟಿ), ಎನ್-ಎನ್ಎಂಆರ್, ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ವಿವರ್ತನ. ಹೆಕ್ಸಾಮರ್ ದ್ರವ ಹೀಲಿಯಂನಲ್ಲಿ ಸಮತಟ್ಟಾದ ಜ್ಯಾಮಿತಿಯನ್ನು, ಸಾವಯವ ದ್ರಾವಕಗಳಲ್ಲಿ ಕುರ್ಚಿ ರಚನೆಯನ್ನು ಮತ್ತು ಅನಿಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಪಂಜರದ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಐಆರ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯನ್ನು ಮಾಸ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಮೆಟ್ರಿಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಪ್ರಯೋಗಗಳು n = (8-10) ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಸಮೂಹಗಳಿಗೆ ಘನ ಸಂರಚನೆಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ನೀರು ಹೈಡ್ರೇಟ್ನಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಸ್ಫಟಿಕದ ರಚನೆಯ ಭಾಗವಾಗಿದ್ದಾಗ, ಕ್ಷ-ಕಿರಣ ವಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೀರಿನ ಹೆಪ್ಟಾಮರ್ನ ರಚನೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಯಿತು (ಆವರ್ತಕ ತಿರುಚಿದ ಸಮತಲವಲ್ಲದ). ಇದಲ್ಲದೆ, ಹಲವಾರು ಪಾಲಿಯೋಕ್ಸೊಮೆಟಾಲೇಟ್ ಸಮೂಹಗಳ ಕುಳಿಗಳೊಳಗೆ ಸಿಕ್ಕಿಬಿದ್ದ ಸೂತ್ರಗಳು (H2O) 100 ಹೊಂದಿರುವ ಬಹು-ಪದರದ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಸಹ ಮುಲ್ಲರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ವರದಿ ಮಾಡಿದ್ದಾರೆ. ಬೃಹತ್ ದ್ರವ ನೀರಿನ ಸಮೂಹ ಮಾದರಿಗಳು ಹಲವಾರು ಮಾದರಿಗಳು ದ್ರವದೊಳಗೆ ಸಮೂಹ ರಚನೆಯಿಂದ ಪ್ರಾಬಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸುವ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಬೃಹತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುತ್ತವೆ. ದ್ರವಗಳ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕ್ಲಸ್ಟರ್ ಸಮತೋಲನ (ಕ್ಯೂಸಿಇ) ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ, ದ್ರವ ನೀರಿನ ಬೃಹತ್ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಎನ್ = 8 ಸಮೂಹಗಳು ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ, ನಂತರ ಎನ್ = 5 ಮತ್ತು ಎನ್ = 6 ಸಮೂಹಗಳು. ತ್ರಿವಳಿ ಬಿಂದುವಿನ ಬಳಿ, n = 24 ಗುಂಪಿನ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಆಹ್ವಾನಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮತ್ತೊಂದು ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ, ಸಣ್ಣ ದ್ರಾವಕಗಳನ್ನು ಸುತ್ತುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವಿರುವ ಕುಳಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಹೆಕ್ಸಾಮರ್ ಮತ್ತು ಪೆಂಟಾಮರ್ ಉಂಗುರಗಳ ಮಿಶ್ರಣದಿಂದ ಬೃಹತ್ ನೀರನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮತ್ತೊಂದು ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಕ್ಯೂಬಿಕ್ ವಾಟರ್ ಆಕ್ಟಾಮರ್ ಮತ್ತು ಎರಡು ಆವರ್ತಕ ಟೆಟ್ರಾಮರ್ಗಳ ನಡುವೆ ಸಮತೋಲನವಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಯಾವುದೇ ಮಾದರಿಯು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಗಮನಿಸಿದ ಗರಿಷ್ಠ ನೀರಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಪುನರುತ್ಪಾದಿಸಿಲ್ಲ. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಬಂಧ ಎಂಪೆಂಬಾ ಪರಿಣಾಮದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಸಹ ನೋಡಿ ರಿಚರ್ಡ್ ಜೆ. ಸೈಕಲ್ಲಿ ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಲಂಡನ್ ಸೌತ್ ಬ್ಯಾಂಕ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿಯಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳು ಲಿಂಕ್ ದಿ ಕೇಂಬ್ರಿಡ್ಜ್ ಕ್ಲಸ್ಟರ್ ಡೇಟಾಬೇಸ್-ವಿವಿಧ ನೀರಿನ ಮಾದರಿಗಳೊಂದಿಗೆ ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಲಾದ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳು ಮತ್ತು ಅಬ್ ಇನಿಷಿಯೋ ವಿಧಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ಅನ್ವೇಷಿಸಲಾದ ನೀರಿನ ಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಕ್ಲಸ್ಟರ್ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಜಲ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ