Изследователите са изследвали за първи път как две различни форми на вода (орто- и пара-) се държат различно, когато са подложени на химични реакции.
Вода е химическо образувание, молекула, в която единичен кислород атом е свързан с два водородни атома (H2O). Вода съществува като течност, твърдо вещество (лед) и газ (пари). Той е сред малкото химикали, които не съдържат въглероден и все още може да бъде течен при стайна температура (около 20 градуса). Вода е вездесъщ и важен за живота. На молекулярно ниво е добре известно, че ежедневието вода съществува в две различни форми, но тази информация не е общоизвестна. Тези две форми на вода се наричат изомери и се означават като орто- или пара- вода. Основната разлика между тези форми е много фина и е просто относителната ориентация на ядрените завъртания на двата водородни атома, които са подредени в една и съща или в противоположна посока, откъдето идват и имената им. Това въртене на водородните атоми се дължи на атомната физика, въпреки че това явление все още не е напълно разбрано. Тези две форми имат идентични физични свойства и досега се смяташе, че те също трябва да имат идентични химични свойства.
В скорошно проучване, публикувано в природа Съобщения, изследователи от университета в Базел, Хамбург за първи път са изследвали разликата в химичната реактивност на тези две форми на вода и са доказали, че орто- и пара-формите реагират много различно. Химическата реактивност означава начинът или способността, по която една молекула претърпява химическа реакция. Проучването включваше разделяне на вода в двете си изомерни форми (орто- и пара-) с помощта на електростатичен дефлектор чрез включване на електрически полета. Тъй като и двата изомера са практически еднакви и имат идентични физични свойства, този процес на разделяне е сложен и предизвикателен. Разделянето е постигнато от тази група изследователи чрез използване на метод, базиран на електрически полета, разработен от тях за науката за лазер със свободни електрони. Дефлекторът въвежда електрическо поле в лъч от атомизирана вода. Тъй като има решаваща разлика в ядреното въртене в двата изомера, това леко влияе върху начина, по който атомите взаимодействат с това електрическо поле. Следователно, докато водата преминава през дефлектора, тя започва да се разделя на двете си форми орто- и пара-.
Изследователите са показали, че пара- вода реагира около 25 процента по-бързо от орто-водата и е в състояние да привлече към a реакция партньор по-силно. Това определено се обяснява с разликата в ядрения спин, който влияе върху въртенето на водните молекули. Освен това електрическото поле на параводата е в състояние да привлече йоните по-бързо. Освен това групата извърши компютърни симулации на водни молекули, за да потвърди своите открития. Всички експерименти са направени с молекули при много ниски температури почти -273 градуса по Целзий. Това е важен фактор, както обясняват авторите, че само при такива условия отделните квантови състояния и енергийното съдържание на молекулите могат да бъдат добре дефинирани и по-добре контролирани. Което означава, че водната молекула се стабилизира като една от двете си форми и техните разлики стават очевидни и ясни. По този начин, изследването на химичните реакции може да разкрие основните механизми и динамика, водещи до по-добро разбиране. Въпреки това, практическата употреба на това изследване може да не е много висока в момента.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Kilaj A et al 2018. Наблюдение на различни реактивности на пара и орто-вода към уловени диазенилиеви йони. Nature съобщенията. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
