Исследователи впервые исследовали, как две разные формы воды (орто- и пара-) ведут себя по-разному при химических реакциях..
Вода - это химическое соединение, молекула, в которой один кислород атом связан с двумя Гидрирование атомов (H2O). Вода существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары). Это один из немногих химикатов, не содержащих углерод и еще может быть жидким при комнатной температуре (около 20 градусов). Вода повсюду и важна для жизни. На молекулярном уровне хорошо известно, что повседневная вода существует в двух различных формах, но эта информация не является общеизвестной. Эти две формы воды называются изомерами и называются орто- или пара-водой. Основное различие между этими формами очень тонкое и заключается просто во взаимной ориентации ядерных спинов двух атомов водорода, которые выровнены либо в одном, либо в противоположном направлении, отсюда и их названия. Этот спин атомов водорода связан с атомной физикой, хотя это явление еще полностью не изучено. Эти две формы имеют идентичные физические свойства, и до сих пор считалось, что они также должны иметь идентичные химические свойства.
В недавнем исследовании, опубликованном в природа Коммуникации, исследователи из Базельского университета в Гамбурге впервые исследовали разницу в химической реакционной способности этих двух форм воды и доказали, что орто- и параформы реагируют по-разному. Химическая реакционная способность означает способ или способность молекулы вступать в химическую реакцию. Исследование включало разделение воды на две части. изомерные формы (орто- и пара-) с помощью электростатического дефлектора за счет включения электрических полей. Поскольку оба этих изомера практически одинаковы и имеют идентичные физические свойства, этот процесс разделения является сложным и трудным. Разделение было достигнуто этой группой исследователей с помощью метода, основанного на электрических полях, разработанного ими для науки о лазерах на свободных электронах. Дефлектор создает электрическое поле в пучке распыленной воды. Поскольку между двумя изомерами существует решающее различие в ядерном спине, это немного влияет на то, как атомы взаимодействуют с этим электрическим полем. Следовательно, когда вода проходит через дефлектор, она начинает разделяться на две формы: орто- и пара-.
Исследователи продемонстрировали, что пара-вода реагирует примерно на 25 процентов быстрее, чем орто-вода, и может притягиваться к воде. реакция партнер сильнее. Это определенно объясняется разницей в ядерном спине, который влияет на вращение молекул воды. Кроме того, электрическое поле пара-воды способно быстрее притягивать ионы. Группа также провела компьютерное моделирование молекул воды, чтобы подтвердить свои выводы. Все эксперименты проводились с молекулами при очень низких температурах, почти -273 градуса по Цельсию. Это важный фактор, как объясняют авторы, что только в таких условиях отдельные квантовые состояния и энергосодержание молекул могут быть хорошо определены и лучше контролироваться. Это означает, что молекула воды стабилизируется в любой из двух своих форм, и их различия становятся очевидными и ясными. Таким образом, изучение химических реакций может затем выявить основные механизмы и динамику, ведущие к лучшему пониманию. Однако практическое использование этого исследования в настоящее время может быть не очень высоким.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Килаж А. и др. 2018. Наблюдение за различной реакционной способностью пара- и орто-воды по отношению к захваченным ионам диазенилия. Природа связи. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
