क्रायोकेमिस्ट्री

क्रायोकेमिस्ट्री −150 °C (−238 °F; 123 K) से नीचे के तापमान पर रासायनिक क्रियाओं का अध्ययन है। यह ग्रीक शब्द क्रायोस से लिया गया है, जिसका अर्थ है 'ठंडा'। यह रसायन विज्ञान, हिमजैविकी, संघनित पदार्थ भौतिकी और यहां तक ​​कि खगोल रसायन सहित कई अन्य विज्ञानों के साथ अतिछादित करता है।

तरल नाइट्रोजन के बाद से खगोल रसायन रुचि का विषय रहा है, जो -210 डिग्री सेल्सियस पर जम जाता है, और सामान्यतः उपलब्ध हो जाता है। परिशीतन-तापमान रासायनिक संपर्क ऊष्मीय अस्थिरता से उत्पन्न भ्रम को कम करके रासायनिक प्रतिक्रियाओं के विस्तृत मार्गों का अध्ययन करने के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र है। क्रायोकेमिस्ट्री हिमजैविकी की नींव बनाती है, जो चिकित्सा और अनुसंधान उद्देश्यों के लिए धीमी या बंद जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करती है।

निम्न तापमान व्यवहार

लैम्ब्डा बिंदु के नीचे ठंडा होने पर (2.17 K or −270.98 °C 1 वायुमंडल (इकाई) पर, तरल हीलियम अतिप्रवाहता के गुणों को प्रदर्शित करता है

जैसे ही कोई पदार्थ ठंडा होता है, उसके घटक अणुओं/परमाणुओं की सापेक्ष गति कम हो जाती है - उसका तापमान कम हो जाता है। शीतलन तब तक जारी रह सकता है जब तक कि सभी गति समाप्त नहीं हो जाती, और इसकी गतिज ऊर्जा, या गति की ऊर्जा अंतर्लीन नहीं हो जाती। इस स्थिति को पूर्ण शून्य के रूप में जाना जाता है और यह तापमान के केल्विन मापक्रम के लिए आधार बनाता है, जो तापमान को पूर्ण शून्य से ऊपर मापता है। शून्य डिग्री सेल्सियस (डिग्री सेल्सियस) 273 केल्विन के साथ मेल खाता है।

पूर्ण शून्य पर अधिकांश तत्व ठोस हो जाते हैं, लेकिन सभी इस तरह से अनुमानित रूप से व्यवहार नहीं करते हैं; उदाहरण के लिए, हीलियम एक तरल हीलियम बन जाता है। पदार्थों के बीच रसायन, हालांकि, पूर्ण शून्य तापमान के पास भी अंतर्लीन नहीं होता है, क्योंकि अलग-अलग अणु/परमाणु हमेशा अपनी कुल ऊर्जा को कम करने के लिए गठबंधन कर सकते हैं। लगभग हर अणु या तत्व अलग-अलग तापमान पर अलग-अलग गुण दिखाएगा; यदि पर्याप्त ठंडा हो, तो कुछ कार्य पूरी तरह से खो जाते हैं। परिशीतन रसायन शास्त्र मानक रसायन शास्त्र की तुलना में बहुत अलग परिणाम दे सकता है, और पदार्थों के लिए नए रासायनिक मार्ग परिशीतन तापमान पर उपलब्ध हो सकते हैं, जैसे कि आर्गन फ्लोरोहाइड्राइड का निर्माण, जो केवल या नीचे एक स्थिर यौगिक 17 K (−256.1 °C) है।

शीतलन के तरीके

See also: लेजर शीतलन

एक विधि जो अणुओं को पूर्ण शून्य के करीब तापमान तक ठंडा करने के लिए प्रयोग की जाती है, वह लेजर शीतलन है। डॉपलर शीतलन प्रक्रिया में, अणु को धीमा या ठंडा करने के लिए किसी दिए गए अणु के इलेक्ट्रॉनों से ऊर्जा निकालने के लिए लेसरों का उपयोग किया जाता है। इस पद्धति में परिमाण यांत्रिकी में अनुप्रयोग हैं और यह कण जाल और बोस-आइंस्टीन संघनित से संबंधित है। ये सभी विधियाँ अंतरिक्ष में एक विशिष्ट बिंदु पर विपरीत विषुवतीय कोणों पर इंगित लेज़रों से युक्त एक जाल का उपयोग करती हैं। लेजर किरण से तरंग दैर्ध्य अंततः गैसीय परमाणुओं और उनके बाहरी घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों से टकराते हैं। तरंग दैर्ध्य का यह टकराव अणुओं को धीमा या ठंडा करने के लिए गतिज ऊर्जा अवस्था के अंश को कम कर देता है। परमाणु घड़ियों और परमाणु प्रकाशिकी को बेहतर बनाने में मदद के लिए लेजर शीतलन का भी उपयोग किया गया है। अतिशीत अध्ययन सामान्यतः रासायनिक अंतःक्रियाओं पर केंद्रित नहीं होते हैं, बल्कि मूलभूत रासायनिक गुणों पर होते हैं।

बेहद कम तापमान के कारण, कम तापमान भौतिकी और रसायन शास्त्र का अध्ययन करते समय रासायनिक स्थिति का निदान एक प्रमुख स्तिथि है। आज उपयोग की जाने वाली प्राथमिक तकनीकें प्रकाश संबंधी हैं - कई प्रकार की स्पेक्ट्रोमिकी उपलब्ध हैं, लेकिन इसके लिए निर्वात गवाक्ष वाले विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है जो परिशीतन प्रक्रियाओं के लिए कमरे के तापमान तक पहुंच प्रदान करते हैं।

यह भी देखें

• ऊष्मारसायन
• परिशीतन्स
• बोस-आइंस्टीन घनीभूत

संदर्भ

• Moskovits, M., and Ozin, G.A., (1976) Cryochemistry, J. Wiley & Sons, New York
• Dillinger, J. R. (1957). कम तापमान भौतिकी और रसायन (edited by Joseph R. Dillinger.) मैडिसन, विस्कॉन्सिन: यूनिवर्सिटी ऑफ विस्कॉन्सिन प्रेस.
• Naduvalath, B. (2013). "Ultracold molecules."
• Phillips, W. D. (2012). "Laser cooling"
• Parpia, J. M., & Lee, D.M. (2012). "Absolute zero"
• Hasegawa, Y., Nakamura, D., Murata, M., Yamamoto, H., & Komine, T. (2010). "High-precision temperature control and stabilization using a cryocooler. Review of Scientific Instruments", doi:10.1063/1.3484192