Tutkijat ovat tutkineet ensimmäistä kertaa, kuinka kaksi eri muotoa vesi (orto- ja para-) käyttäytyvät eri tavalla kemiallisten reaktioiden aikana.
vesi on kemiallinen kokonaisuus, molekyyli, jossa yksittäinen happi atomi on kytketty kahteen vetyatomiin (H2O). vesi esiintyy nesteenä, kiinteänä (jää) ja kaasuna (höyry). Se on yksi harvoista kemikaaleista, jotka eivät sisällä hiili ja voi silti olla nestemäistä huoneenlämmössä (noin 20 astetta). vesi on kaikkialla läsnä ja elämän kannalta tärkeä. Molekyylitasolla tiedetään hyvin, että joka päivä vesi on olemassa kahdessa eri muodossa, mutta tämä tieto ei ole yleisesti tiedossa. Nämä kaksi muotoa vesi niitä kutsutaan isomeereiksi ja niitä kutsutaan orto- tai para- vesi. Suurin ero näiden muotojen välillä on hyvin hienovarainen ja se on yksinkertaisesti kahden vetyatomin ydinspinien suhteellinen orientaatio, jotka ovat kohdistettu joko samaan tai vastakkaiseen suuntaan, mistä johtuu niiden nimet. Tämä vetyatomien pyöriminen johtuu atomifysiikasta, vaikka tätä ilmiötä ei vielä täysin ymmärretä. Näillä kahdella muodolla on identtiset fysikaaliset ominaisuudet, ja tähän asti on uskottu, että niillä pitäisi silloin olla identtiset kemialliset ominaisuudet.
Äskettäisessä tutkimuksessa, joka julkaistiin luonto Hampurin Baselin yliopiston tutkijat ovat ensimmäistä kertaa tutkineet näiden kahden kemiallisen reaktiivisuuden eroa. vesi ja ovat osoittaneet, että orto- ja paramuodot reagoivat hyvin eri tavalla. Kemiallinen reaktiivisuus tarkoittaa tapaa tai kykyä, jolla molekyyli käy läpi kemiallisen reaktion. Tutkimus sisälsi erottamisen vesi kahteen isomeeriseen muotoonsa (orto- ja para-) käyttämällä sähköstaattista deflektoria sähkökenttien avulla. Koska nämä molemmat isomeerit ovat käytännössä samat ja niillä on identtiset fysikaaliset ominaisuudet, tämä erotusprosessi on monimutkainen ja haastava. Tämä tutkijaryhmä saavutti erottelun heidän Free-Electron Laser Sciencelle kehittämällään sähkökenttään perustuvalla menetelmällä. Deflektori tuo sähkökentän sumutettuun vesisäteeseen. Koska näiden kahden isomeerin ydinspinissä on ratkaiseva ero, tämä vaikuttaa hieman tapaan, jolla atomit ovat vuorovaikutuksessa tämän sähkökentän kanssa. Siksi veden kulkiessa deflektorin läpi se alkaa erottua kahteen muotoonsa orto- ja para-.
Tutkijat ovat osoittaneet, että para- vesi reagoi noin 25 prosenttia nopeammin kuin ortovesi ja se pystyy houkuttelemaan a reaktio kumppani vahvemmin. Tämä selittyy ehdottomasti erolla ydinspinissä, joka vaikuttaa vesimolekyylien pyörimiseen. Myös paraveden sähkökenttä pystyy houkuttelemaan ioneja nopeammin. Ryhmä suoritti lisäksi vesimolekyylien tietokonesimulaatioita vahvistaakseen havaintojaan. Kaikki kokeet tehtiin molekyyleillä erittäin alhaisissa lämpötiloissa lähes -273 celsiusastetta. Tämä on tärkeä tekijä, kuten kirjoittajat selittävät, että vain sellaisissa olosuhteissa molekyylien yksittäiset kvanttitilat ja energiasisältö voidaan määrittää hyvin ja paremmin hallita. Tämä tarkoittaa, että vesimolekyyli stabiloituu jommallakummalla kahdesta muodostaan ja niiden erot tulevat ilmeisiksi ja selkeiksi. Siten kemiallisten reaktioiden tutkiminen voi paljastaa taustalla olevat mekanismit ja dynamiikan, mikä johtaa parempaan ymmärtämiseen. Tämän tutkimuksen käytännön käyttö ei kuitenkaan ehkä ole kovin suurta tällä hetkellä.
***
{Voit lukea alkuperäisen tutkimuspaperin napsauttamalla alla olevaa DOI-linkkiä lainattujen lähteiden luettelossa}
Lähteet)
Kilaj A et al 2018. Para- ja ortoveden erilaisten reaktiivisuuksien havainnointi loukkuun jääneitä diatsenylium-ioneja kohtaan. Luonto Viestintä. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
