4 ° C سے کم پانی کا غیر معمولی سلوک

4°C سے کم پانی کے غیر معمولی رویے کے بارے میں مضمون

جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو ہر شے پھیلتی ہے (اشیاء کا حجم بڑھتا ہے) اور جب درجہ حرارت کم ہوتا ہے تو اشیاء سکڑتی ہیں (اشیاء کا حجم کم ہوتا ہے)۔ پانی بھی پھیلتا ہے جب درجہ حرارت بڑھتا ہے اور سکڑتا ہے جب درجہ حرارت کم ہوتا ہے، لیکن 0 ^o C - 4 ^o C پر نہیں۔ 0 ° C اور 4 ° C کے درمیان، درجہ حرارت بڑھنے پر پانی کا حجم کم ہو جاتا ہے (پانی سکڑ جاتا ہے)۔ اگر ہم پانی کو 0 ^o C پر گرم کرتے ہیں تو پانی زیادہ گرم ہو جاتا ہے، پانی کا حجم کم ہو جاتا ہے۔ سکڑنے کا عمل اس وقت رک جاتا ہے جب پانی 4 ^o C تک پہنچ جاتا ہے۔ 4 ^o C سے اوپر، درجہ حرارت بڑھنے سے پانی کا حجم بڑھ جاتا ہے۔ اس کے بجائے، پانی پھیلتا ہے (پانی کا حجم بڑھتا ہے) جب درجہ حرارت 4 ^o C سے 0 ^o C تک کم ہو جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، ہم فریزر میں 30 ^ڈگری سینٹی گریڈ پر پانی رکھتے ہیں۔ جب فریزر میں ہو تو پانی کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے۔ جب پانی کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے تو پانی کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے (پانی سکڑ جاتا ہے)۔ جب یہ 4 ^o C تک پہنچ جاتا ہے، تو پانی پھیلنا شروع ہو جاتا ہے (پانی کا حجم بڑھ جاتا ہے)۔ جب درجہ حرارت 0 ° C تک پہنچ جاتا ہے تو پانی کا پھیلاؤ رک جاتا ہے۔ دوسری اشیاء کے برعکس جو سکڑتی رہتی ہیں (اشیاء کا حجم کم ہوتا ہے) جب آبجیکٹ کا درجہ حرارت 0 ^o C تک کم ہو جاتا ہے۔ جب اشیاء سکڑتی ہیں (اشیاء کا حجم کم ہوتا ہے)، کثافت بڑھ جاتی ہے۔ اس کے برعکس، جب اشیاء پھیلتی ہیں (اشیاء کا حجم بڑھتا ہے)، کثافت کم ہوتی ہے۔ کثافت کا فارمولا = ماس/حجم۔ اشیاء کا حجم ہمیشہ طے ہوتا ہے۔ جبکہ حجم درجہ حرارت کے لحاظ سے تبدیل ہو سکتا ہے۔ پانی سکڑتا ہے (پانی کا حجم کم ہوتا ہے) صرف 4 ^o C پر، اس لیے پانی کی کثافت سب سے زیادہ 4 ^o C ہوتی ہے۔

پانی کی بے ضابطگیوں کے فوائد ان علاقوں میں محسوس کیے جاتے ہیں جہاں موسم سرما ہوتا ہے۔ جب موسم سرما آتا ہے تو ہوا کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے۔ پانی کی سطح پانی کے ساتھ رابطے میں رہتی ہے، اس لیے دریا یا جھیل کی سطح پر پانی کا درجہ حرارت بھی کم ہو جاتا ہے۔ کیونکہ پانی کا درجہ حرارت کم ہونے سے پانی کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے۔ کیونکہ پانی کا حجم کم ہوتا ہے، پانی کی کثافت بڑھ جاتی ہے۔ سطح پر پانی کی کثافت ہے جو نیچے کے پانی سے زیادہ ہے۔ چونکہ اس کی کثافت زیادہ ہوتی ہے، اس لیے سطح پر پانی نیچے کی طرف جاتا ہے (ڈوب جاتا ہے)۔ نیچے پانی کی کثافت زیادہ ہے، اس لیے یہ اوپر (تیرتا ہوا) چلا جاتا ہے۔ یہ عمل اس وقت تک ہوتا ہے جب تک کہ پانی کا درجہ حرارت 4 ^o C تک نہ پہنچ جائے۔ اس لیے پانی کی کثافت سب سے زیادہ 4 ^o C پر ہوتی ہے۔

جب دریا یا جھیل کی سطح پر پانی کا درجہ حرارت 4 ^o C سے چھوٹا ہو جاتا ہے، تو سطح پر پانی پھیلتا ہے (پانی کا حجم بڑھ جاتا ہے)۔ کیونکہ جیسے جیسے پانی کا حجم بڑھتا ہے پانی کی کثافت کم ہوتی جاتی ہے۔ سطح پر پانی کی کثافت نچلے حصے میں پانی کی کثافت سے چھوٹی ہے تاکہ سطح پر پانی گر نہ سکے۔ سطح پر پانی اوپر رہتا ہے اور پہلے جم جاتا ہے کیونکہ پانی کا درجہ حرارت 0 ° C تک کم ہو جاتا ہے۔ سطح پر پانی کے ساتھ رابطے میں ہونے کی وجہ سے سطح کے نیچے کا پانی بھی جمنا شروع ہو جاتا ہے کیونکہ پانی کا درجہ حرارت 0 ^o C تک کم ہو جاتا ہے۔ لہذا، جمنے کا عمل سطح پر موجود پانی سے شروع ہوتا ہے۔ جھیل یا دریا کے نچلے حصے میں پانی عام طور پر نہیں جمتا کیونکہ ہوا کا درجہ حرارت منجمد نہیں ہوتا ہے۔ کیونکہ نچلے حصے کا پانی جم نہیں جاتا، اس لیے جھیل یا دریا کی تہہ میں رہنے والی مچھلیاں اور جاندار سردیوں میں زندہ رہتے ہیں۔

پانی اپنی منفرد سالماتی ساخت اور اس کے مالیکیولز کے درمیان ہائیڈروجن بانڈنگ کی نوعیت کی وجہ سے بہت سے غیر متضاد رویوں کی نمائش کرتا ہے۔ ان بے ضابطگیوں میں سے ایک سب سے اہم پانی کی کثافت کا برتاؤ ہے کیونکہ یہ ٹھنڈا ہوتا ہے، خاص طور پر جب درجہ حرارت نقطہ انجماد کے قریب پہنچ جاتا ہے۔ یہاں اس رجحان کی ایک فہرست ہے:

1. کثافت اور درجہ حرارت: زیادہ تر مادے ٹھنڈا ہونے کی وجہ سے گھنے اور گرم ہونے پر کم گھنے ہو جاتے ہیں۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ذرات ٹھنڈے ہونے پر ایک دوسرے کے قریب اور گرم ہونے پر ایک دوسرے سے دور ہوتے ہیں۔
2. پانی کی بے ضابطگی: پانی، تاہم، اپنے انجماد کے قریب مختلف طریقے سے برتاؤ کرتا ہے۔ جب کہ یہ کمرے کے درجہ حرارت سے ٹھنڈا ہونے کے ساتھ ساتھ گھنا ہو جاتا ہے، یہ رجحان تقریباً 4 ° C پر تبدیل ہو جاتا ہے۔ 4°C سے نیچے، پانی کم گھنے ہو جاتا ہے کیونکہ یہ ٹھنڈا ہو جاتا ہے، یہاں تک کہ یہ 0°C تک پہنچ جاتا ہے اور جم جاتا ہے۔
3. برف کی تشکیل: ہائیڈروجن بانڈز کی واقفیت کی وجہ سے برف کی ایک مسدس جالی ساخت ہے۔ یہ ڈھانچہ برف کو مائع پانی سے کم گھنے بناتا ہے۔ اسی لیے برف پانی پر تیرتی ہے۔
4. ماحولیاتی اہمیت: یہ غیر معمولی رویہ آبی حیات کے لیے بہت اہم ہے۔ جب سردیوں میں سطح کا پانی ٹھنڈا ہو جاتا ہے، تو یہ گھنا ہو جاتا ہے اور اس وقت تک ڈوب جاتا ہے جب تک کہ درجہ حرارت 4 ڈگری سینٹی گریڈ تک نہ پہنچ جائے۔ اس درجہ حرارت کے نیچے، جیسے جیسے پانی ٹھنڈا ہوتا رہتا ہے، یہ سطح پر رہتا ہے اور بالآخر جم جاتا ہے۔ اس کے نتیجے میں سطح پر برف بنتی ہے جبکہ نیچے کا پانی مائع رہتا ہے، جس سے آبی حیات زندہ رہ سکتی ہے۔ اگر برف مائع پانی سے زیادہ گھنی ہوتی (جیسے کہ زیادہ تر ٹھوس اپنی مائع شکل سے زیادہ گھنے ہوتے ہیں)، تو یہ نیچے تک دھنس جائے گی، جس سے پانی کا پورا جسم ٹھوس ہو جائے گا، جو آبی ماحولیاتی نظام کے لیے تباہ کن ہوگا۔
5. بے ضابطگی کی وجہ: اس غیر معمولی رویے کی وجہ پانی کے مالیکیولز کے درمیان ہائیڈروجن بانڈنگ میں مضمر ہے۔ جیسے جیسے پانی 4 ° C کی طرف ٹھنڈا ہوتا ہے، ہائیڈروجن بانڈز پانی کے مالیکیولز کو زیادہ وسیع ڈھانچے میں رکھنے کے لیے ایڈجسٹ ہو جاتے ہیں، جس سے یہ گھنا ہو جاتا ہے۔ لیکن 4°C سے نیچے، پانی کے لیے مسدس ڈھانچے کو اپنانے کا رجحان جو اس میں برف میں ہوتا ہے غالب ہو جاتا ہے۔ یہ ڈھانچہ زیادہ کھلا اور کم گھنا ہے، جس کی وجہ سے پانی کے 4°C سے نیچے ٹھنڈا ہونے کی وجہ سے کثافت میں کمی واقع ہوتی ہے۔

پانی کے اس رویے کو سمجھنا صرف علمی طور پر دلچسپ نہیں ہے - یہ بہت سے ماحولیاتی اور ماحولیاتی عمل کو سمجھنے کے لیے بہت ضروری ہے۔