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कीसोम बल

1921

Willem Hendrik Keesom

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

स्थायी विद्युत आवेश वाले अणुओं के बीच एक स्थिरवैद्युत अंतःक्रिया द्विध्रुवीय पानी या हाइड्रोजन क्लोराइड जैसे क्षणों में, बल इन द्विध्रुवों के एक दूसरे के साथ संरेखित होने की प्रवृत्ति से उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप शुद्ध आकर्षण होता है। यह अंतःक्रिया तापमान पर निर्भर करती है, क्योंकि ऊष्मीय गति संरेखण को बाधित करती है। अभिविन्यास-औसत संभावित ऊर्जा [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex] के रूप में बदलती है।

कीसोम बल, या स्थायी द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रिया, वैन डेर वाल्स बलों के तीन घटकों में से एक है, जो विशेष रूप से दो ध्रुवीय अणुओं के बीच की अंतःक्रिया का वर्णन करता है। एक ध्रुवीय अणु में धनात्मक और ऋणात्मक आवेश का स्थायी पृथक्करण होता है, जिससे एक स्थायी विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण बनता है। जब ऐसे दो अणु एक दूसरे के निकट आते हैं, तो उनके द्विध्रुव स्थिर विद्युत गति में अंतःक्रिया करते हैं। सबसे कम ऊर्जा वाली स्थिति एक आकर्षक, सिर से पूंछ तक की संरेखण होती है। हालांकि, द्रव में अणु निरंतर ऊष्मीय गति (घूर्णन और स्थानांतरण) में होते हैं, जिससे उनकी दिशाएँ अनियमित हो जाती हैं।

विलेम कीसम का योगदान सभी संभावित अभिविन्यासों पर सांख्यिकीय यांत्रिक औसत निकालने में था, जिन्हें उनके बोल्ट्ज़मैन कारक द्वारा भारित किया गया था। परिणाम से पता चला कि औसतन, आकर्षक अभिविन्यास प्रतिकर्षी अभिविन्यासों की तुलना में थोड़े अधिक संभावित होते हैं, जिससे एक शुद्ध आकर्षक बल उत्पन्न होता है। इस अंतःक्रिया की शक्ति तापमान पर विशिष्ट रूप से निर्भर करती है; जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ऊष्मीय ऊर्जा संरेखण को अधिक प्रभावी ढंग से बाधित करती है, और कीसम बल कमजोर हो जाता है। यह स्थितिज ऊर्जा समीकरण में [latex]1/T[/latex] पद में परिलक्षित होता है। यह बल कई सामान्य पदार्थों, विशेष रूप से जल के व्यवहार को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, जिसके गुण हाइड्रोजन बंधों के रूप में ज्ञात प्रबल द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होते हैं।

रसायन विज्ञान, पर्यावरण प्रभाव, हाइड्रोजन, सामग्री विज्ञान, भौतिकी, प्रक्रिया सुधार, गुणवत्ता प्रबंधन, सांख्यिकीय विश्लेषण

UNESCO Nomenclature: 2202

परमाणु और आणविक भौतिकी

Type

भौतिक नियम

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

शास्त्रीय विद्युतगतिकी (कूलम्ब का नियम)
पीटर डेबी द्वारा विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण की अवधारणा
अवस्थाओं के ऊष्मीय वितरण का वर्णन करने के लिए बोल्ट्ज़मैन सांख्यिकी

आवेदन

पानी जैसे ध्रुवीय तरल पदार्थों के भौतिक गुणों का मॉडलिंग करना (उदाहरण के लिए, उच्च क्वथनांक)
हाइड्रोजन बॉन्डिंग के आधार को समझना, जो एक मजबूत प्रकार की द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रिया है।
“समान समान में घुलता है” सिद्धांत के आधार पर विलेयता का पूर्वानुमान लगाना
तरल क्रिस्टलों की संरचना और कार्यप्रणाली, जो आणविक संरेखण पर निर्भर करती है।

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: कीसोम बल, द्विध्रुव-द्विध्रुव, स्थायी द्विध्रुव, ध्रुवीय अणु, अंतर-आणविक बल, स्थिरवैद्युत अंतःक्रिया, हाइड्रोजन बंध, तापमान निर्भरता, स्थितिज ऊर्जा, वैन डेर वाल्स।

ऐतिहासिक संदर्भ

Emmy Noether's workspace illustrating translational symmetry in classical mechanics.

नोएथर का प्रमेय और स्थानांतरीय समरूपता

संवेग का संरक्षण अंतरिक्ष की समरूपता का सीधा परिणाम है, जिसका अर्थ है कि भौतिकी के नियम स्थानिक स्थानांतरण के तहत अपरिवर्तनीय हैं। यह गहरा संबंध नोएथर के प्रमेय द्वारा औपचारिक रूप दिया गया है: एक भौतिक प्रणाली की प्रत्येक सतत समरूपता के लिए, एक संबंधित संरक्षित मात्रा मौजूद होती है। स्थानांतरीय समरूपता का तात्पर्य है कि निर्देशांक में बदलाव से प्रणाली का लाग्रांजियन अपरिवर्तित रहता है।

Electrochemical cell experiment demonstrating electron transfer in redox reactions.

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

रेडॉक्स (अपचयन-उपचयन) अभिक्रियाओं में रासायनिक प्रजातियों के बीच इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल होता है। एक प्रजाति का उपचयन होता है (इलेक्ट्रॉन खोती है), जबकि दूसरी का अपचयन होता है (इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती है)। ये दोनों प्रक्रियाएँ हमेशा एक साथ होती हैं। जो प्रजाति इलेक्ट्रॉन खोती है वह अपचायक (reducing agent) होती है, और जो प्राप्त करती है वह उपचायक (oxidizing agent) होती है। यह मूलभूत अवधारणा इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और कई जैविक प्रक्रियाओं का आधार है।

Laboratory experiment demonstrating Debye Force between polar and nonpolar molecules.

डेबाई बल (द्विध्रुव-प्रेरित द्विध्रुव अंतःक्रिया)

एक ध्रुवीय अणु (स्थायी द्विध्रुव वाला) और एक अध्रुवीय अणु के बीच एक आकर्षक अंतर-आणविक बल। स्थायी द्विध्रुव से उत्पन्न विद्युत क्षेत्र अध्रुवीय अणु के इलेक्ट्रॉन बादल को विकृत कर देता है, जिससे उसमें एक अस्थायी द्विध्रुव उत्पन्न होता है। फिर दोनों द्विध्रुव एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। अंतःक्रिया स्थितिज ऊर्जा [latex]V propto -frac{alpha mu^2}{r^6}[/latex] है, जहाँ [latex]alpha[/latex] ध्रुवीकरणशीलता है और [latex]mu[/latex] स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण है।

कीसोम बल

Laboratory scene with Bingham plastic materials and viscosity testing equipment.

बिंगहम प्लास्टिक

बिंगहैम प्लास्टिक एक चिपचिपा पदार्थ है जो कम तनाव पर एक कठोर पिंड की तरह व्यवहार करता है, लेकिन उच्च तनाव पर एक चिपचिपे तरल की तरह बहता है। इसकी विशेषता एक यील्ड स्ट्रेस (τ₀) है, जो प्रवाह शुरू करने के लिए आवश्यक न्यूनतम अपरूपण तनाव है। इस सीमा से नीचे, यह विकृत नहीं होता है। इसके सामान्य उदाहरणों में टूथपेस्ट, मेयोनेज़ और मिट्टी का घोल शामिल हैं।

वैज्ञानिक लैनार्ड-जोन्स पोटेंशियल का उपयोग करके आणविक गतिकी सिमुलेशन करते हुए प्रयोगशाला का दृश्य।.

लेनार्ड-जोन्स की क्षमता

एक सरल, व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला गणितीय मॉडल जो दो उदासीन परमाणुओं या अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा का अनुमान लगाता है। यह वैन डेर वाल्स बलों का प्रतिनिधित्व करने वाले एक दीर्घ-श्रेणी आकर्षण पद ([latex]propto r^{-6}[/latex]) को पाउली प्रतिकर्षण का प्रतिनिधित्व करने वाले एक तीव्र, अल्प-श्रेणी प्रतिकर्षण पद ([latex]propto r^{-12}[/latex]) के साथ जोड़ता है। सूत्र है: [latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(frac{sigma}{r})^{12} - (frac{sigma}{r})^6][/latex]।

प्रयोगशाला में केचप के साथ शीयर-थिनिंग व्यवहार का प्रदर्शन।.

शियर-थिनिंग (स्यूडोप्लास्टिसिटी)

शियर थिनिंग, या स्यूडोप्लास्टिसिटी, एक गैर-न्यूटनियन व्यवहार है जिसमें किसी द्रव की श्यानता शियर स्ट्रेस की बढ़ती दर के साथ घटती है। कई सामान्य पदार्थ, जैसे केचप या पेंट, इस गुण को प्रदर्शित करते हैं। स्थिर अवस्था में ये गाढ़े होते हैं, लेकिन हिलाने, घोलने या फैलाने पर अधिक आसानी से बहते हैं। इसे अक्सर ओस्टवाल्ड-डी वेले पावर-लॉ संबंध द्वारा दर्शाया जाता है।

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Laboratory gyroscope experiment demonstrating frame-dragging in relativity.

फ्रेम-ड्रैगिंग (लेंस-थिरिंग प्रभाव)

सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि एक विशाल, घूमती हुई वस्तु अपने चारों ओर दिक्काल के ताने-बाने को 'खींच' लेगी, एक घटना जिसे फ्रेम-ड्रैगिंग या लेंस-थिरिंग प्रभाव के रूप में जाना जाता है। इसका मतलब है कि घूमते हुए पिंड की परिक्रमा करने वाला जाइरोस्कोप किसी भी लगाए गए टॉर्क के कारण नहीं, बल्कि इसलिए घूमेगा क्योंकि दिक्काल स्वयं पिंड के घूमने से मुड़ रहा है।

Albert Einstein discussing gravitational lensing in a historical laboratory setting.

गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग

सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि प्रकाश का पथ गुरुत्वाकर्षण द्वारा मुड़ जाता है। जब किसी दूरस्थ स्रोत से प्रकाश किसी विशाल वस्तु जैसे आकाशगंगा या तारे से गुजरता है, तो उसका पथ विक्षेपित हो जाता है। यह घटना, जिसे गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के रूप में जाना जाता है, पृष्ठभूमि स्रोत को बड़ा कर सकती है, विकृत कर सकती है, या उसकी कई छवियां बना सकती है, जो दूर के ब्रह्मांड का अवलोकन करने के लिए एक ब्रह्मांडीय दूरबीन के रूप में कार्य करती है।

Chemist balancing redox reactions using the half-reaction method in analytical chemistry.

अर्ध-अभिक्रिया विधि

जटिल रेडॉक्स अभिक्रियाओं को अर्ध-अभिक्रिया विधि का उपयोग करके संतुलित किया जा सकता है। समग्र अभिक्रिया को दो अलग-अलग अर्ध-अभिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है: एक उपचयन के लिए और एक अपचयन के लिए। प्रत्येक अर्ध-अभिक्रिया को परमाणुओं और आवेश के लिए स्वतंत्र रूप से संतुलित किया जाता है, अक्सर जलीय विलयनों में H+, OH-, और H2O जोड़कर। अंत में, इलेक्ट्रॉन गणना को बराबर किया जाता है और अर्ध-अभिक्रियाओं को संयोजित किया जाता है।

Chemist studying autocatalysis in a laboratory setting with glassware and chemical reactions.

स्व-उत्प्रेरण

स्व-उत्प्रेरण एक रासायनिक अभिक्रिया है जहाँ अभिक्रिया उत्पादों में से एक उसी या युग्मित अभिक्रिया के लिए उत्प्रेरक भी होता है। यह एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप बनाता है, जिससे अभिक्रिया दर में तेजी आती है। अभिक्रिया की दर शुरू में धीमी होती है लेकिन उत्पाद (उत्प्रेरक) की सांद्रता बढ़ने के साथ बढ़ती जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अक्सर सिग्मॉइडल (S-आकार) गतिज वक्र प्राप्त होते हैं।

Laboratory scene with scientist analyzing spectrometer for quantum mechanics research.

लेंडे जी-फैक्टर

लैंडे जी-फैक्टर ([latex]g_J[/latex]) एक आयामहीन आनुपातिकता स्थिरांक है जो परमाणु के कुल चुंबकीय क्षण और उसके कुल कोणीय संवेग के बीच दुर्बल क्षेत्र सीमा में संबंध स्थापित करता है। यह विसंगत ज़ीमैन प्रभाव की मात्रात्मक व्याख्या के लिए महत्वपूर्ण है। इसका मान निम्न सूत्र द्वारा दिया जाता है: [latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) - L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex], जहाँ L, S और J क्वांटम संख्याएँ हैं।

Laboratory experiment demonstrating wave-particle duality in quantum physics.

तरंग-कण द्वैत

सभी क्वांटम इकाइयाँ, जैसे फोटॉन और इलेक्ट्रॉन, कण और तरंग दोनों गुण प्रदर्शित करती हैं। प्रायोगिक सेटअप के आधार पर, वे एक स्थानीयकृत कण या एक वितरित तरंग की तरह व्यवहार कर सकती हैं। डी ब्रोगली परिकल्पना कहती है कि संवेग [latex]p[/latex] वाले किसी भी कण की संबद्ध तरंगदैर्घ्य [latex]lambda = h/p[/latex] होती है, जहाँ [latex]h[/latex] प्लैंक स्थिरांक है।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में डिजिटल मीटर द्वारा प्रयोगशाला में पीएच मापन।.

शारीरिक रूप से विकलांग

pH को औपचारिक रूप से हाइड्रोजन आयन सक्रियता, [latex]a_{H^+}[/latex] के ऋणात्मक दशमलव लघुगणक के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसका सूत्र है [latex]pH = -log_{10}(a_{H^+})[/latex]। सक्रियता हाइड्रोजन आयनों की प्रभावी सांद्रता है, जो अंतर-आणविक बलों को ध्यान में रखती है, और यह आयामहीन होती है। तनु विलयनों के लिए, सक्रियता लगभग [latex]H^+[/latex] आयनों की मोलर सांद्रता के बराबर होती है, जिससे गणना सरल हो जाती है।

अकार्बनिक रसायन विज्ञान में लैंथेनाइड तत्वों पर प्रयोगशाला प्रयोग।.

लैंथनाइड संकुचन

लैंथेनाइड संकुचन, परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ लैंथेनाइड तत्वों (लैंथेनम से ल्यूटेटियम तक) की परमाणु और आयनिक त्रिज्याओं में होने वाली निरंतर कमी है। यह प्रभाव 4f इलेक्ट्रॉनों द्वारा नाभिकीय आवेश के कमजोर परिरक्षण के कारण होता है। इसके परिणामस्वरूप, लैंथेनाइड तत्वों के बाद आने वाले छठे आवर्त के तत्व अपने पाँचवें आवर्त के समकक्षों के समान, अप्रत्याशित रूप से छोटे होते हैं।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)