Изследователите са изследвали за първи път как две различни форми на вода (орто- и пара-) се държат различно, когато са подложени на химични реакции.
Водата е химическа единица, молекула, в която е единична кислород атом е свързан с два водородни атома (H2O). Водата 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). Водата е повсеместна и важна за живота. На молекулярно ниво е добре известно, че ежедневната вода съществува в две различни форми, но тази информация не е общоизвестна. Тези две форми на вода се наричат изомери и се наричат 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 подравнени в една и съща или противоположна посока, откъдето идва и техните имена. Това завъртане 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 химическата реактивност на тези две форми на вода и са доказали, че орто- и параформите реагират много различно. Химическата реактивност означава начинът или способността, по която една молекула претърпява химическа реакция. Проучването включва разделяне на водата в двете й 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 към 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 доказали, че параводата реагира с около 25 процента по-бързо от орто-вода и е в състояние да привлече 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
