Исследователи впервые исследовали, как две разные формы воды (орто- и пара-) ведут себя по-разному в химических реакциях..
Вода химическое вещество, молекула, в которой один кислород атом связан с двумя атомами водорода (H2O). Вода существует в виде жидкости, твердого тела (лед) и газа (пар). Это одно из немногих химических веществ, не содержащих углерод и все еще может быть жидким при комнатной температуре (около 20 градусов). Вода вездесущ и важен для жизни. На молекулярном уровне хорошо известно, что каждый день воды существует в двух разных формах, но эта информация не является общеизвестной. Эти две формы воды называются изомерами и называются орто- или пара- воды. Основное различие между этими формами очень тонкое и заключается просто в относительной ориентации ядерных спинов двух атомов водорода, которые ориентированы либо в одном, либо в противоположном направлении, отсюда и их названия. Такое вращение атомов водорода обусловлено атомной физикой, хотя это явление еще не до конца 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 Communications, исследователи из Базельского университета в Гамбурге впервые исследовали разницу в химической реакционной способности этих двух форм. воды и доказали, что орто- и пара-формы реагируют очень по-разному. Химическая реакционная способность означает способ или способность молекулы вступать в химическую реакцию. Исследование включало разделение воды на две его изомерные формы (орто- и пара-) с помощью электростатического дефлектора с применением 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 луче распыленной воды. Поскольку в двух изомерах существует решающая разница в спине ядра, это незначительно влияет на способ взаимодействия атомов с этим электрическим полем. Поэтому, проходя через дефлектор, вода начинает разделяться на две формы: орто- и пара-.
Исследователи продемонстрировали, что пара- воды реагирует примерно на 25 процентов быстрее, чем орто-вода, и способна притягивать 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
