বরফ হলো জলের কঠিন রূপ।[১][২] প্রমাণ চাপে ০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার নিচে জল বরফে রূপান্তরিত হয়। বরফের আপেক্ষিক গুরুত্ব জলের চেয়ে কম বলে বরফ জলে ভাসে।[৩] বরফ হল একটি কঠিন অবস্থায় জমাট বাঁধা জল, সাধারণত শূন্য ডিগ্রী সেলসিয়াস বা ৩২ ডিগ্রী ফারেনহাইট তাপমাত্রায় বা তার নিচে তৈরি হয়। মাটির কণা বা বাতাসের বুদবুদের মতো অমেধ্যের উপস্থিতির উপর নির্ভর করে, এটি স্বচ্ছ বা কম-বেশি অস্বচ্ছ নীল-সাদা রঙের দেখা দিতে পারে।
সৌরজগতে, বরফ প্রচুর পরিমাণে থাকে এবং প্রাকৃতিকভাবে সূর্যের কাছাকাছি থেকে বুধের মতো দূরে ওর্ট ক্লাউড অবজেক্টের মতো দূরত্ব পর্যন্ত ঘটে। সৌরজগতের বাইরে, এটি আন্তঃনাক্ষত্রিক বরফ হিসাবে ঘটে। এটি পৃথিবীর পৃষ্ঠে প্রচুর পরিমাণে রয়েছে - বিশেষ করে মেরু অঞ্চলে এবং তুষার রেখার উপরে - এবং, বৃষ্টিপাত এবং জমার একটি সাধারণ রূপ হিসাবে, পৃথিবীর জলচক্র এবং জলবায়ুতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি তুষারপাত এবং শিলাবৃষ্টি হিসাবে পতিত হয় বা তুষারপাত, বরফ বা বরফের স্পাইক হিসাবে ঘটে এবং তুষার থেকে হিমবাহ এবং বরফের চাদর হিসাবে একত্রিত হয়।
তাপমাত্রা এবং চাপের উপর নির্ভর করে বরফ কমপক্ষে আঠারোটি পর্যায় প্রদর্শন করে। যখন জল দ্রুত ঠাণ্ডা হয় , তখন চাপ এবং তাপমাত্রার ইতিহাসের উপর নির্ভর করে তিন ধরনের নিরাকার বরফ তৈরি হতে পারে। ধীরে ধীরে ঠান্ডা হলে, −২৩৫.১৫℃ (২০ K, − ৪২৩.৬৭° ফারেনহাইট) এর নিচে পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত প্রোটন টানেলিং ঘটে যা ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম ঘটনার জন্ম দেয়। পৃথিবীর পৃষ্ঠে এবং এর বায়ুমণ্ডলে কার্যত সমস্ত বরফ একটি ষড়ভুজাকার স্ফটিক কাঠামোর যাকে বরফ Ih ("আইস ওয়ান এইচ" হিসাবে বলা হয়) ঘন বরফের মিনিট চিহ্ন সহ, বরফ আইসি হিসাবে চিহ্নিত করা হয় এবং সম্প্রতি পাওয়া যায়, আইস VII অন্তর্ভুক্ত হীরা বরফ Ih-এ সবচেয়ে সাধারণ পর্যায় রূপান্তর ঘটে যখন তরল জলকে শূন্য °C (২৭৩.১৫ K, ৩২°F) আদর্শ বায়ুমণ্ডলীয় চাপের নিচে ঠান্ডা করা হয়। এটি জলীয় বাষ্প দ্বারা সরাসরি জমা হতে পারে, যেমনটি তুষারপাতের সময় ঘটে। বরফ থেকে জলে গলে যাওয়া এবং বরফ থেকে সরাসরি জলীয় বাষ্পে রূপান্তর হল পরমানন্দ।
ঠান্ডা করার জন্য, শীতকালীন খেলাধুলার জন্য এবং বরফের ভাস্কর্য সহ বিভিন্ন উপায়ে বরফ ব্যবহার করা হয়।
ভৌত বৈশিষ্ট্য
H2O বরফ Ih - এর ত্রি-মাত্রিক স্ফটিক কাঠামো দ্বি-মাত্রিক ষড়ভুজাকার স্থান জালি -এর মধ্যে জালি বিন্দুতে অবস্থিত H2O বরফের অণুগুলির ঘাঁটিগুলির সমন্বয়ে গঠিত।
একটি সুগঠিত কাঠামো সহ একটি প্রাকৃতিকভাবে ঘটমান স্ফটিক অজৈব কঠিন হিসাবে, বরফকে একটি খনিজ হিসাবে বিবেচনা করা হয়। এটি জলের অণুর উপর ভিত্তি করে একটি নিয়মিত স্ফটিক কাঠামোর অধিকারী, যা একটি একক অক্সিজেন পরমাণু নিয়ে গঠিত যা দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু বা H–O–H এর সাথে সমযোজীভাবে আবদ্ধ। যাইহোক, জল এবং বরফের অনেক ভৌত বৈশিষ্ট্য সংলগ্ন অক্সিজেন এবং হাইড্রোজেন পরমাণুর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন গঠনের দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়; যদিও এটি একটি দুর্বল বন্ধন, তবুও এটি জল এবং বরফ উভয়ের গঠন নিয়ন্ত্রণে গুরুত্বপূর্ণ।
জলের একটি অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্য হল এর কঠিন রূপ—বায়ুমণ্ডলীয় চাপে জমাট বাঁধা বরফ—তার তরল আকারের তুলনায় প্রায় ৮.৩% কম ঘন; এটি ৯% এর ভলিউমেট্রিক প্রসারণের সমতুল্য। বরফের ঘনত্ব হল ০.৯১৬৭–০.৯১৬৮ গ্রাম/ঘন সেমি। ০°C এবং আদর্শ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (১০১,৩২৫ পাস্কেল), যেখানে জলের ঘনত্ব ০.৯৯৯৮ - ০.৯৯৯৮৬৩ গ্রাম/ঘনসেমি। তরল জল সবচেয়ে ঘন, মূলত ১.০০ গ্রাম/ঘনসেমি, ৪°C তাপমাত্রায় এবং তার ঘনত্ব হারাতে শুরু করে কারণ জলের অণুগুলি হিমাঙ্কে পৌঁছানোর সাথে সাথে বরফের ষড়ভুজাকার স্ফটিক তৈরি করতে শুরু করে। এটি আন্তঃআণবিক শক্তির উপর আধিপত্যকারী হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণে, যার ফলে কঠিনের মধ্যে অণু কম জমাটবদ্ধ হয়। তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে বরফের ঘনত্ব কিছুটা বৃদ্ধি পায় এবং − ১৮০℃ (৯৩ K) এ এর মান ০.৯৩৪০ গ্রাম/ঘনসেমি হয়।
যখন জল জমে যায়, তখন তা আয়তনে বৃদ্ধি পায় (মিঠা জলের জন্য প্রায় ৯%)। হিমাঙ্কের সময় সম্প্রসারণের প্রভাব নাটকীয় হতে পারে, এবং বরফের প্রসারণ প্রকৃতিতে পাথরের হিমায়িত-গলে যাওয়া আবহাওয়া এবং তুষারপাতের ফলে ভবনের ভিত্তি এবং রাস্তার ক্ষতির একটি মৌলিক কারণ। এটি বরফে পরিণত হওয়ার সময় জলের প্রসারণের চাপের কারণে জলের পাইপ ফেটে গেলে ঘরবাড়ি প্লাবিত হওয়ার একটি সাধারণ ঘটনা।
এই প্রক্রিয়ার ফলাফল হল যে বরফ (তার সবচেয়ে সাধারণ আকারে) তরল জলের উপর ভাসছে, যা পৃথিবীর জীবজগতের একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য। এটি যুক্তি দেওয়া হয়েছে যে এই সম্পত্তি ছাড়া, জলের প্রাকৃতিক সংস্থাগুলি কিছু ক্ষেত্রে স্থায়ীভাবে, নিচ থেকে, স্থির হয়ে যাবে, যার ফলে তাজা এবং সমুদ্রের জলে নীচের নির্ভরশীল প্রাণী এবং উদ্ভিদের জীবন নষ্ট হবে। পর্যাপ্ত পাতলা বরফের চাদরগুলি বাতাসের ঠান্ডার মতো স্বল্পমেয়াদী আবহাওয়ার চরম থেকে নীচের অংশকে রক্ষা করার সময় আলোকে অতিক্রম করতে দেয়। এটি ব্যাকটেরিয়া এবং অ্যালগাল উপনিবেশগুলির জন্য একটি আশ্রয়যোগ্য পরিবেশ তৈরি করে। যখন সমুদ্রের জল জমে যায়, তখন বরফটি ব্রেন-ভর্তি চ্যানেল দিয়ে ধাক্কা দেয় যা ব্যাকটেরিয়া, শৈবাল, কোপেপড এবং অ্যানিলিডের মতো সহানুভূতিশীল জীবগুলিকে টিকিয়ে রাখে, যা ফলস্বরূপ ক্রিলের মতো প্রাণীদের জন্য খাদ্য সরবরাহ করে এবং টাক নটোথেনের মতো বিশেষ মাছ, পালাক্রমে খাওয়ানো হয়। সম্রাট পেঙ্গুইন এবং মিনকে তিমির মতো বড় প্রাণীদের দ্বারা ভক্ষন করা হয়।
যখন বরফ গলে যায়, তখন এটি ৮০ ডিগ্রি সেলসিয়াস দ্বারা সমতুল্য ভরের জল গরম করতে যতটা শক্তি লাগে ততটা শক্তি শোষণ করে। গলন প্রক্রিয়া চলাকালীন, তাপমাত্রা ০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে স্থির থাকে। গলে যাওয়ার সময়, কোনো শক্তি যোগ করলে বরফ (জল) অণুর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ভেঙে যায়। পর্যাপ্ত হাইড্রোজেন বন্ধন ভাঙার পরই তাপ শক্তি (তাপমাত্রা) বাড়ানোর জন্য শক্তি পাওয়া যায় যে বরফকে তরল জল হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে। বরফ থেকে পানিতে রূপান্তরের সময় হাইড্রোজেন বন্ধন ভাঙতে যে পরিমাণ শক্তি খরচ হয় তাকে ফিউশনের তাপ বলে।
জলের মতোই, অক্সিজেন-হাইড্রোজেন (O-H) বন্ধন প্রসারিত হওয়ার ফলে বরফ বর্ণালীর লাল প্রান্তে আলো শোষণ করে। জলের সাথে তুলনা করে, এই শোষণ সামান্য কম শক্তির দিকে স্থানান্তরিত হয়। সুতরাং, বরফ নীল দেখায়, তরল জলের তুলনায় কিছুটা সবুজ আভা। যেহেতু শোষণ ক্রমবর্ধমান, রঙের প্রভাব ক্রমবর্ধমান বেধের সাথে তীব্র হয় বা যদি অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন আলোকে বরফের মধ্য দিয়ে দীর্ঘ পথ নিতে দেয়।
আলো শোষণকারী অমেধ্যের উপস্থিতিতে অন্যান্য রং দেখা দিতে পারে, যেখানে অপবিত্রতা বরফের চেয়ে রঙকে নির্দেশ করছে। উদাহরণস্বরূপ, অমেধ্যযুক্ত আইসবার্গ (যেমন, পলি, শৈবাল, বায়ু বুদবুদ) বাদামী, ধূসর বা সবুজ দেখাতে পারে।
যেহেতু প্রাকৃতিক পরিবেশে বরফ সাধারণত তার গলিত তাপমাত্রার কাছাকাছি থাকে, তাই এর কঠোরতা উচ্চারিত তাপমাত্রার বৈচিত্র দেখায়। এর গলনাঙ্কে, বরফের মোহস কঠোরতা বা তার কম, কিন্তু কঠোরতা −৪৪ °C (−৪৭°F) তাপমাত্রায় প্রায় ৪ এবং − ৭৮.৫℃ (-১০৯.৩ ফারেনহাইট) তাপমাত্রায় 6-এ বৃদ্ধি পায় , কঠিন কার্বন ডাই অক্সাইডের বাষ্পীভবন বিন্দু (শুকনো বরফ)।
