Дослідники вперше дослідили, як дві різні форми води (орто- і пара-) поводяться по-різному під час хімічних реакцій.
вода це хімічна сутність, молекула, в якій один кисень атом пов'язаний з двома атомами водню (H2O). вода існує у вигляді рідини, твердої речовини (лід) і газу (пари). Це одна з небагатьох хімічних речовин, які не містять вуглець і все ще може бути рідким при кімнатній температурі (близько 20 градусів). вода є всюдисущим і важливим для життя. На молекулярному рівні добре відомо, що кожен день води існує в двох різних формах, але ця інформація не є загальновідомою. Ці дві форми води називаються ізомерами і позначаються як орто- або пара- води. Основна відмінність між цими формами дуже тонка і полягає просто у відносній орієнтації ядерних спінів двох атомів водню, які вирівняні в одному або протилежному напрямку, звідки і їх назва. Це обертання атомів водню пояснюється атомною фізикою, хоча це явище ще не повністю вивчене. Ці дві форми мають ідентичні фізичні властивості, і досі вважалося, що вони також повинні мати ідентичні хімічні властивості.
У недавньому дослідженні, опублікованому в природа Комунікації, дослідники з Базельського університету, Гамбург, вперше дослідили різницю в хімічній реакційній здатності цих двох форм води і довели, що орто- і параформи реагують дуже по-різному. Хімічна реакційна здатність означає спосіб або здатність молекули вступати в хімічну реакцію. Дослідження передбачало відокремлення води на дві ізомерні форми (орто- і пара-) за допомогою електростатичного дефлектора за допомогою електричних полів. Оскільки обидва ці ізомери практично однакові та мають ідентичні фізичні властивості, цей процес розділення є складним і складним. Розділення було досягнуто цією групою дослідників за допомогою методу на основі електричних полів, розробленого ними для науки про лазер на вільних електронах. Дефлектор вводить електричне поле в пучок розпиленої води. Оскільки між двома ізомерами є суттєва різниця в ядерному спіні, це трохи впливає на те, як атоми взаємодіють із цим електричним полем. Тому, коли вода проходить через дефлектор, вона починає розділятися на дві форми орто- і пара-.
Дослідники продемонстрували, що пара- води реагує приблизно на 25 відсотків швидше, ніж орто-вода, і здатна притягувати до a реакція партнер сильніше. Це, безумовно, пояснюється різницею в ядерному спіні, який впливає на обертання молекул води. Крім того, електричне поле параводи здатне притягувати іони швидше. Далі група провела комп’ютерне моделювання молекул води, щоб підтвердити свої висновки. Усі експерименти проводилися з молекулами при дуже низьких температурах майже -273 градуси за Цельсієм. Це важливий фактор, як пояснюють автори, що лише в таких умовах індивідуальні квантові стани та енергетичний вміст молекул можна чітко визначити та краще контролювати. Це означає, що молекула води стабілізується як будь-яка з двох її форм, і їх відмінності стають очевидними і зрозумілими. Таким чином, дослідження хімічних реакцій може виявити основні механізми та динаміку, що веде до кращого розуміння. Однак практичне використання цього дослідження на даний момент може бути не дуже високим.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Kilaj A et al 2018. Спостереження різної реакційної здатності пара і орто-води щодо захоплених іонів діазенілію. Природа зв'язку. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
