Soap Films Amplify the Air-Water Interface but Neither Produce Detectable H2O2 Nor Enhance Reduction of Gold Ions
यह अध्ययन उन हालिया दावों का खंडन करता है कि साबुन की परतें (soap films) वायु-जल इंटरफेस पर पता लगाने योग्य हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करती हैं या गोल्ड आयन रिडक्शन को बढ़ाती हैं, और इसके बजाय यह प्रदर्शित करता है कि देखे गए नैनोपार्टिकल निर्माण और H2O2 उत्पादन का मूल कारण इंटरफेशियल प्रभावों के बजाय बल्क सॉल्यूशन केमिस्ट्री है।
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द दशकों से, वैज्ञानिक इस विचार से मंत्रमुग्ध रहे हैं कि पानी की सतह स्वयं असाधारण रासायनिक गतिविधि का एक स्थान हो सकती है। कल्पना कीजिए कि हवा में लटका हुआ पानी की एक बूंद है; इसमें एक त्वचा (skin) होती है जहाँ तरल गैस से मिलता है। कुछ हालिया अध्ययनों ने सुझाव दिया कि यह त्वचा केवल एक निष्क्रिय सीमा नहीं है बल्कि एक सक्रिय रासायनिक कार्यशाला है। प्रस्तावित सिद्धांत यह था कि इस इंटरफेस (interface) पर, पानी के अणु बिना किसी सूर्य के प्रकाश, बिजली या अतिरिक्त उत्प्रेरक (catalyst) की मदद के, हाइड्रोजन पेरोक्साइड नामक एक प्रतिक्रियाशील रसायन बनाने के लिए स्वतः ही टूट सकते हैं। यदि यह सच है, तो इसका अर्थ यह होगा कि केवल अधिक सतह क्षेत्र बनाकर—पानी को धुंध या बुलबुलों में बदलकर—उन शक्तिशाली रासायनिक अभिक्रियाओं को सक्रिय किया जा सकता है जिनके लिए सामान्यतः तीव्र ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस विचार ने एक बड़ी बहस छेड़ दी है क्योंकि यह पानी के व्यवहार के बारे में हमारी बुनियादी समझ को चुनौती देता है। यदि पानी की सतह इतनी प्रतिक्रियाशील है, तो यह बादल निर्माण से लेकर पर्यावरण में प्रदूषकों के टूटने तक, हर चीज़ के बारे में हमारी सोच को बदल सकती है। हालाँकि, इतने साहसी दावे के टिकने के लिए, इसे दोहराने योग्य होना चाहिए और पानी के भीतर होने वाली साधारण रासायनिक अभिक्रियाओं से अलग पहचाना जाना चाहिए।
किंग अब्दुल्ला यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक सरल, रोजमर्रा की वस्तु का उपयोग करके इन दावों का परीक्षण करने का निर्णय लिया: साबुन का झाग वाला फिल्म (soap film)। साबुन के फिल्म इस उद्देश्य के लिए उत्कृष्ट हैं क्योंकि वे अपने भीतर मौजूद तरल की बहुत कम मात्रा के सापेक्ष एक विशाल सतह क्षेत्र बनाते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक बबल वांड (bubble wand) पर खींची गई पानी की एक पतली चादर। पिछली रिपोर्टों ने सुझाव दिया था कि जब इन फिल्मों को एक विशिष्ट साबुन के घोल से बनाया जाता था, तो वे महत्वपूर्ण मात्रा में हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करते थे और यहाँ तक कि घुले हुए सोने के आयनों को ठोस सोने के नैनोकणों में बदल देते थे। शोधकर्ताओं ने अत्यधिक सावधानी के साथ इन प्रयोगों को दोहराने का निर्णय लिया, जिसमें उन्होंने कई संवेदनशील उपकरणों का उपयोग किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या साबुन के फिल्म वास्तव में नए रसायन बना रहे हैं या परिणाम कहीं और से आ रहे हैं। उन्होंने दो मुख्य प्रश्नों पर ध्यान केंद्रित किया: क्या साबुन के फिल्म ने हाइड्रोजन पेरोक्साइड बनाया, और क्या उन्होंने सोने के आयनों को ठोस सोने के कणों में बदल दिया?
पहले प्रश्न का उत्तर देने के लिए, टीम ने बार-बार, तीन सौ बार तक, साबुन के फिल्म बनाए, और प्रत्येक बार तरल को इकट्ठा किया ताकि यह देखा जा सके कि हाइड्रोजन पेरोक्साइड की सांद्रता बढ़ती है या नहीं। उन्होंने न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक विधि का उपयोग किया, जो एक अत्यंत सटीक आणविक कैमरे की तरह काम करती है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड के सूक्ष्म से सूक्ष्म अंशों को भी पहचान सकती है। उन्होंने इस पदार्थ का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किए गए कई अन्य मानक रासायनिक परीक्षणों का भी उपयोग किया। परिणाम स्पष्ट और सुसंगत थे: उन्होंने चाहे कितने भी फिल्म बनाए, उन्हें हाइड्रोजन पेरोक्साइड बनने का कोई प्रमाण नहीं मिला। रासायनिक परीक्षणों ने एक धुंधला संकेत दिखाया जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसा लग रहा था, लेकिन आगे की जांच से पता चला कि यह वास्तव में साबुन और नमक के मिश्रण के कारण होने वाला एक गलत संकेत (false alarm) था, न कि किसी नई रासायनिक अभिक्रिया के कारण। शोधकर्ताओं ने अपने मिश्रण में हाइड्रोजन पेरोक्साइड की एक ज्ञात मात्रा मिलाकर अपने निष्कर्षों की पुष्टि की और यह दिखाया कि उनके उपकरण इसे आसानी से पहचान सकते हैं, जिससे यह सिद्ध हुआ कि संकेत का अभाव उनके उपकरणों में किसी दोष के कारण नहीं था।
जांच के दूसरे भाग में सोने पर ध्यान दिया गया। पिछले अध्ययनों ने दावा किया था कि साबुन के फिल्म स्वतः ही सोने के आयनों को छोटे ठोस सोने के कणों में बदल देते हैं। शोधकर्ताओं ने वही सोने का घोल तैयार किया और देखा कि क्या होता है, दोनों बल्क लिक्विड (bulk liquid) में और सैकड़ों साबुन के फिल्म बनाने के बाद। उन्होंने कणों के आकार और संख्या को मापने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और लाइट-स्कैटरिंग तकनीकों का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि सोने के नैनोकण वास्तव में बन रहे थे, लेकिन वे साधारण तरल घोल में भी उतनी ही तेजी से और उतनी ही मात्रा में बन रहे थे जितने कि साबुन के फिल्म में। फिल्म बनाने की क्रिया ने न तो प्रक्रिया को तेज किया और न ही अधिक कण बनाए। वास्तव में, उन्होंने पाया कि सोने के आयन पूरे तरल (bulk solution) में पानी के साथ प्रतिक्रिया कर रहे थे, एक ऐसी प्रक्रिया जो स्वाभाविक रूप से एक उपोत्पाद (byproduct) के रूप में थोड़ी मात्रा में हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न करती है। इसका अर्थ यह था कि सोने के कण साबुन के फिल्म की विशेष विशेषताओं का परिणाम नहीं थे, बल्कि पूरे तरल में होने वाली एक मानक रासायनिक अभिक्रिया का परिणाम थे।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि साबुन के फिल्म एक विशाल वायु-जल इंटरफेस (air-water interface) बनाते हैं, लेकिन केवल यह सतह क्षेत्र पहले से रिपोर्ट की गई नाटकीय रासायनिक अभिक्रियाओं को शुरू करने के लिए पर्याप्त नहीं है। हाइड्रोजन पेरोक्साइड का बनना और सोने के आयनों का अपचयन (reduction), बल्क लिक्विड के भीतर होने वाली रसायन विज्ञान द्वारा संचालित होता है, न कि इंटरफेस द्वारा। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि उन अभिक्रियाओं के बीच अंतर करना अत्यंत महत्वपूर्ण है जो वास्तव में पानी की सतह के लिए अद्वितीय हैं और वे जो केवल समाधान (solution) में होने वाली साधारण रासायनिक प्रक्रियाएं हैं। इन विशिष्ट मामलों में वायु-जल इंटरफेस को इस प्रकार की प्रतिक्रियाओं के लिए एक अद्वितीय इंजन मान लेने के विचार को खारिज करके, यह कार्य माइक्रोड्रॉपलेट केमिस्ट्री (microdroplet chemistry) की सीमाओं को स्पष्ट करने में मदद करता है। यह सुझाव देता है कि इन विशिष्ट मामलों में वायु-जल इंटरफेस को दी गई असाधारण प्रतिक्रियाशीलता वास्तव में मानक बल्क सॉल्यूशन केमिस्ट्री की एक गलत व्याख्या थी।
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