ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

Δύο ισομερείς μορφές καθημερινού νερού παρουσιάζουν διαφορετικούς ρυθμούς αντίδρασης

Οι ερευνητές διερεύνησαν για πρώτη φορά πώς δύο διαφορετικές μορφές νερού (ορθο- και παρα-) συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν υποβάλλονται σε χημικές αντιδράσεις.

Το νερό είναι μια χημική οντότητα, ένα μόριο στο οποίο ένα μόνο οξυγόνο Το άτομο συνδέεται με δύο άτομα υδρογόνου (H2O). Το νερό υπάρχει ως υγρό, στερεό (πάγος) και αέριο (ατμοί). Είναι από τα λίγα χημικά που δεν περιέχουν άνθρακας και μπορεί ακόμα να είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου (περίπου 20 βαθμούς). Το νερό είναι πανταχού παρόν και σημαντικό για τη ζωή. Σε μοριακό επίπεδο είναι ευρέως γνωστό ότι το καθημερινό νερό υπάρχει σε δύο διαφορετικές μορφές αλλά αυτή η πληροφορία δεν είναι κοινή γνώση. Αυτές οι δύο μορφές νερού ονομάζονται ισομερή και αναφέρονται ως ορθό- ή παρα-νερό. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των μορφών είναι πολύ λεπτή και είναι απλώς ο σχετικός προσανατολισμός των πυρηνικών σπιν των δύο ατόμων υδρογόνου που ευθυγραμμίζονται είτε στην ίδια είτε στην αντίθετη κατεύθυνση, εξ ου και τα ονόματά τους. Αυτό το σπιν των ατόμων υδρογόνου οφείλεται στην ατομική φυσική, αν και αυτό το φαινόμενο δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητό. Αυτές οι δύο μορφές έχουν πανομοιότυπες φυσικές ιδιότητες και μέχρι τώρα πιστεύεται ότι θα έπρεπε επίσης να έχουν πανομοιότυπες χημικές ιδιότητες.

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Φύση Επικοινωνίες, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας στο Αμβούργο διερεύνησαν για πρώτη φορά τη διαφορά στη χημική αντιδραστικότητα αυτών των δύο μορφών νερού και απέδειξαν ότι οι ορθο- και οι παραμορφές αντιδρούν πολύ διαφορετικά. Χημική αντιδραστικότητα σημαίνει τον τρόπο ή την ικανότητα με την οποία ένα μόριο υφίσταται μια χημική αντίδραση. Η μελέτη περιελάμβανε διαχωρισμό του νερού στις δύο ισομερείς μορφές του (ορθο- και παρα-) χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτροστατικό εκτροπέα με τη συμμετοχή ηλεκτρικών πεδίων. Δεδομένου ότι και τα δύο αυτά ισομερή είναι πρακτικά τα ίδια και έχουν ίδιες φυσικές ιδιότητες, αυτή η διαδικασία διαχωρισμού είναι πολύπλοκη και προκλητική. Ο διαχωρισμός επιτεύχθηκε από αυτήν την ομάδα ερευνητών χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που βασίζεται σε ηλεκτρικά πεδία που αναπτύχθηκε από αυτούς για την Επιστήμη των λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων. Ο εκτροπέας εισάγει ένα ηλεκτρικό πεδίο σε μια δέσμη ψεκασμένου νερού. Δεδομένου ότι υπάρχει κρίσιμη διαφορά στο πυρηνικό σπιν στα δύο ισομερή, αυτό επηρεάζει ελαφρώς τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα αλληλεπιδρούν με αυτό το ηλεκτρικό πεδίο. Επομένως, καθώς το νερό ταξιδεύει μέσω του εκτροπέα αρχίζει να διαχωρίζεται στις δύο μορφές του ορθο- και παρα-.

Οι ερευνητές έχουν αποδείξει ότι το παρανερό αντιδρά περίπου 25 τοις εκατό πιο γρήγορα από το ορθόνερο και είναι ικανό να προσελκύει αντίδραση συνεργάτης πιο δυνατά. Αυτό εξηγείται σίγουρα από τη διαφορά στο πυρηνικό σπιν που επηρεάζει την περιστροφή των μορίων του νερού. Επίσης, το ηλεκτρικό πεδίο του παρα-νερού είναι σε θέση να προσελκύει τα ιόντα πιο γρήγορα. Η ομάδα πραγματοποίησε περαιτέρω προσομοιώσεις μορίων νερού σε υπολογιστή για να επιβεβαιώσει τα ευρήματά της. Όλα τα πειράματα έγιναν με μόρια σε ρυθμίσεις πολύ χαμηλής θερμοκρασίας σχεδόν -273 βαθμούς Κελσίου. Αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας όπως εξηγείται από τους συγγραφείς ότι μόνο σε τέτοιες συνθήκες οι επιμέρους κβαντικές καταστάσεις και το ενεργειακό περιεχόμενο των μορίων μπορούν να καθοριστούν καλά και να ελεγχθούν καλύτερα. Που σημαίνει ότι το μόριο του νερού σταθεροποιείται ως μία από τις δύο μορφές του και οι διαφορές τους γίνονται εμφανείς και ξεκάθαρες. Έτσι, η διερεύνηση των χημικών αντιδράσεων μπορεί στη συνέχεια να αποκαλύψει τους υποκείμενους μηχανισμούς και τη δυναμική που οδηγούν σε καλύτερη κατανόηση. Ωστόσο, η πρακτική χρήση αυτής της μελέτης μπορεί να μην είναι πολύ υψηλή αυτήν τη στιγμή.

***

{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}

Πηγές)

Kilaj A et al 2018. Παρατήρηση διαφορετικών αντιδράσεων παρα και ορθο-νερού προς παγιδευμένα ιόντα διαζενυλίου. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3

Ομάδα SCIEU
Ομάδα SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Σημαντική πρόοδος στην επιστήμη. Επιπτώσεις στην ανθρωπότητα. Μυαλά που εμπνέουν.

Εγγραφείτε στο newsletter μας

Για ενημέρωση με όλες τις τελευταίες ειδήσεις, προσφορές και ειδικές ανακοινώσεις.

Τα πιο δημοφιλή άρθρα

Η εφάπαξ δόση του εμβολίου COVID-19 παρέχει προστασία έναντι παραλλαγών;

Μια πρόσφατη μελέτη προτείνει ότι μία δόση Pfizer/BioNTech...

Ξεπερνιούνται τα βιολογικά εμπόδια αναπαραγωγής από θηλαστικά του ίδιου φύλου

Μελέτη δείχνει για πρώτη φορά υγιείς απογόνους ποντικιών...

Μια ενημέρωση για την κατανόηση της μη αλκοολικής λιπώδους νόσου του ήπατος

Η μελέτη περιγράφει έναν νέο μηχανισμό που εμπλέκεται στην εξέλιξη της...
- Διαφήμιση -
94,678ΑνεμιστήρεςΑρέσει
47,718οπαδούςΑκολουθώ
1,772οπαδούςΑκολουθώ
30ΣυνδρομητέςΕγγραφείτε