पानी की बूंदें हमारे आस-पास हर जगह मौजूद हैं और अलग-अलग आकार की होती हैं। वे बारिश की बूंद जितनी बड़ी हो सकती हैं या स्प्रे कैन से निकलने वाले एरोसोल कणों जितनी छोटी भी हो सकती हैं।
वे और भी छोटे हो सकते हैं – नग्न आंखों से अदृश्य – जब वे सूक्ष्म बूंदों के रूप में आते हैं। बाद वाले सामान्य वर्षा की बूंद के आकार के केवल एक हजारवें हिस्से के बराबर होते हैं।
आईआईटी मद्रास के रसायनशास्त्री थलप्पिल प्रदीप ने बताया, “हमारा मानना है कि बूंदें बहुत छोटी होती हैं और वे उतनी महत्वपूर्ण नहीं होतीं।” द हिन्दू.
लेकिन वे जोरदार प्रहार कर सकते हैं।
डॉ. प्रदीप ने हाल ही में जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन का नेतृत्व किया विज्ञान इससे पता चला कि पानी की सूक्ष्म बूंदें खनिजों को नैनोकणों में तोड़ सकती हैं। इस टीम में आईआईटी मद्रास और जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड स्टडीज, बेंगलुरु के शोधकर्ता शामिल थे।
स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ रिचर्ड ज़ारे, जो इस अध्ययन में शामिल नहीं थे, ने बताया कि “यह उत्कृष्ट कार्य उन बढ़ते प्रमाणों में महत्वपूर्ण रूप से जुड़ता है कि पानी की बूंदें रासायनिक परिवर्तनों को सक्षम करती हैं, जो कि थोक पानी संभव नहीं कर सकता है।” द हिन्दू.
जल सूक्ष्म बूंदों की उत्केन्द्रता
पानी की एक बाल्टी में, सतह पर मौजूद पानी के अणु थोक में मौजूद पानी के अणुओं की तुलना में रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अधिक आसानी से भाग ले सकते हैं। लेकिन सतह पर भी, भाग लेने से पहले उन्हें कुछ ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होगी। सूक्ष्म बूंदों के पानी के अणु एक बेहतर काम करते हैं: क्योंकि उनके पास बहुत कम जगह होती है और वे एक दूसरे के साथ बहुत करीब से पैक होते हैं, इसलिए वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने के लिए अधिक उत्सुक होते हैं।
इस प्रकार सूक्ष्म बूंदों में मौजूद पानी विदेशी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अधिक आसानी से शामिल हो जाता है जो कुछ मामलों में दस लाख गुना तक तेजी से आगे बढ़ती हैं। यह पानी के अणुओं के साथ थोक में संभव नहीं है।
इसी कारण से, सूक्ष्म बूंदें विद्युत आवेश के अच्छे वाहक भी हैं। डॉ. प्रदीप ने कहा कि इस रूप में उनका सामना करना आसान है। उन्होंने कहा कि समुद्र तट पर जाएँ, और किनारे के पास, पानी के छींटे से सूक्ष्म बूंदें पानी में नमक से आयनों की अधिकता ले जा सकती हैं और आपकी त्वचा पर जम सकती हैं।
एक सूक्ष्म बूंद अन्य तरीकों से भी विद्युत आवेशित हो सकती है। उदाहरण के लिए, जब एक बड़ी बूंद वाष्पीकरण द्वारा कुछ पानी खो देती है और सिकुड़ जाती है, तो पीछे बचे पानी के अणु एक दूसरे के करीब आ जाते हैं, और आपस में (कमजोर) हाइड्रोजन बॉन्ड बनाते हैं। इसके परिणामस्वरूप अक्सर पानी का अणु अपने हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को छोड़ देता है और एक नकारात्मक रूप से आवेशित हाइड्रॉक्सिल आयन (OH-) बन जाता है। मुक्त H+ अनिवार्य रूप से एक प्रोटॉन है।
यह प्रक्रिया थोक पानी में भी होती है – लेकिन क्योंकि प्रत्येक अणु अन्य जल अणुओं से घिरा होता है, इसलिए प्रोटॉन ज़्यादा इधर-उधर नहीं जा सकते। सूक्ष्म बूंदों में, प्रोटॉन आसानी से सतह तक पहुँच जाते हैं, जिससे सतह अधिक अम्लीय हो जाती है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उपजाऊ ज़मीन तैयार हो जाती है।
शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि अमीनो एसिड पेप्टाइड संबंध बनाने के लिए मध्यस्थ के रूप में अपनी सतह पर मौजूद मुक्त प्रोटॉन का उपयोग करते हैं।
नये अध्ययन में बताया गया है कि सूक्ष्म बूंदों में एक और क्षमता होती है।
एक विस्फोटक प्रयोग
डॉ. प्रदीप और उनकी टीम इस बात में रुचि रखते थे कि क्या पानी की सूक्ष्म बूंदें सिलिका (SiO2) और एल्यूमिना (Al2O3) जैसे क्रिस्टलों के बंधनों को तोड़कर नैनोमीटर आकार के टुकड़े बना सकती हैं।
डॉ. प्रदीप के अधीन पीएचडी की छात्रा और इस शोधपत्र की सह-लेखिकाओं में से एक स्फूर्ति भट्ट ने इस परिकल्पना की पुष्टि के लिए क्वार्ट्ज (सिलिका), रूबी और संलयित एल्युमिना के क्रिस्टलों में एक प्रयोग किया।
उसने केशिका ट्यूब के बाहर बैटरी टर्मिनल को दबाया। टर्मिनल ने ट्यूब के अंदर पानी में निलंबित खनिज सूक्ष्म कणों को कुछ हज़ार वोल्ट दिए। वोल्टेज ने निलंबन को लंबा कर दिया, इसे एक छोर से निचोड़ दिया, और इसे सूक्ष्म बूंदों की धुंध के रूप में हवा में उड़ा दिया। वे अभी भी हवा में थे, जब, केवल 10 एमएस में, खनिज सूक्ष्म कण नैनोकणों में टूट गए।
शोधकर्ताओं के पास इस बारे में कुछ विचार थे कि इस विखंडन का कारण क्या हो सकता है। मुक्त प्रोटॉन खुद को क्रिस्टल परतों में निचोड़ सकते थे, जिसे उन्होंने कुछ ऊर्जा प्रदान किए जाने पर अंदर से खनिज को खुरच कर अलग कर दिया। अध्ययन से पता चलता है कि आवेशित सतह द्वारा उत्पादित विद्युत क्षेत्र इस ऊर्जा को प्रदान कर सकते हैं।
सतही तनाव – वह बल जो बूंदों को गोलाकार बनाए रखता है – भी इसमें शामिल हो सकता है। प्रयोग में, सतही तनाव, जो आकर्षक है, और सतह पर मौजूद समान आवेशों के बीच प्रतिस्पर्धा ने शॉकवेव को जन्म दिया होगा जिसने सूक्ष्म बूंदों को उड़ा दिया होगा।
नेशनल सेंटर फॉर बायोलॉजिकल साइंसेज, बेंगलुरु के बायोफिजिसिस्ट शशि थुटुपल्ली, जो इस अध्ययन में शामिल नहीं थे, ने आईएएनएस से कहा, “यह एक आश्चर्यजनक और गैर-सहज परिणाम है।” हिन्दू. “यह काफी संभव प्रतीत होता है कि बूंदों के भीतर उच्च विद्युत क्षेत्र कणों के टूटने का कारण बन सकता है।”
उन्होंने कहा कि ये निष्कर्ष प्रोटो-कोशिकाओं के अध्ययन के लिए उपयोगी हो सकते हैं, जो कोशिकाओं के पूर्ववर्ती हैं जैसा कि हम आज जानते हैं। वैज्ञानिकों को प्रोटो-कोशिकाओं में दिलचस्पी है क्योंकि वे उन प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं जिन्होंने पृथ्वी पर सबसे पहले जीवन का निर्माण किया। “मेरे लिए व्यक्तिगत रूप से, जीवन की उत्पत्ति के संदर्भ में इन परिणामों की प्रासंगिकता बहुत रोमांचक है।”
उन्होंने कहा कि सूक्ष्म बूंदें प्रोटो-कोशिकाओं की नकल कर सकती हैं, क्योंकि वे छोटे कक्ष होते हैं जिनमें जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।
हरा-भरा स्वर्ग बनाना
डॉ. प्रदीप ने कहा कि सूक्ष्म कणों से नैनो कणों का निर्माण “जीवन की उत्पत्ति, कृषि की समस्या, … पानी जैसे बड़े मुद्दों से संबंधित है। पानी जितनी बड़ी एक और समस्या भोजन है। इस संदर्भ में मिट्टी शायद एक दिलचस्प चीज़ है।”
रेत का आधा हिस्सा सिलिका से बनता है। पौधे नैनोकणों के रूप में सिलिका को अवशोषित करते हैं जिससे उन्हें लंबा होने में मदद मिलती है। चावल की फसल में आमतौर पर सिलिका का उच्च स्तर होता है।
इस प्रकार मिट्टी को सिलिका नैनोकणों से भरने से कृषि पर सकारात्मक प्रभाव पड़ सकता है। डॉ. प्रदीप ने कहा, “यह अनुत्पादक मिट्टी, अनुत्पादक खेतों या यहाँ तक कि रेगिस्तानी क्षेत्रों को भी उत्पादक क्षेत्रों में बदलने का एक तरीका है।”
उन्होंने वैज्ञानिकों से आग्रह किया कि वे इस बात की जांच करें कि क्या पानी की सूक्ष्म बूंदें खनिजों के साथ प्रतिक्रिया करके वायुमंडलीय प्रक्रियाओं के हिस्से के रूप में ‘सूक्ष्म बूंदों की बौछार’ के रूप में नैनोकण बनाती हैं। डॉ. प्रदीप आशावादी थे कि वे ऐसा करते हैं।
कार्तिक विनोद एक स्वतंत्र विज्ञान पत्रकार और एड पब्लिका के सह-संस्थापक हैं। उनके पास खगोल भौतिकी और विज्ञान, प्रौद्योगिकी और समाज में मास्टर डिग्री है।