Researchers have investigated for the first time how two different forms of νερό (ortho- and para-) behave differently when undergoing chemical reactions.
Νερό is a chemical entity, a molecule in which a single οξυγόνο atom is linked to two hydrogen atoms (H2O). Νερό exists as liquid, solid (ice) and gas (vapours). It is among the few chemicals which do not contain άνθρακας and still can be liquid at room temperature (about 20 degrees). Νερό is ubiquitous and important for life. At the molecular level it is well known that everyday νερό exists in two different forms but this information is not of common knowledge. These two forms of νερό are called isomers and are referred to as ortho- or para- νερό. The main difference between these forms is very subtle and is simply the relative orientation of the nuclear spins of the two hydrogen atoms which are aligned in either same or opposite direction, hence their names. This spin of hydrogen atoms is due to atomic physics though this phenomenon is not yet fully understood. These two forms have identical physical properties and it has been believed so far that they should also then have identical chemical properties.
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Φύση Communications, researchers from the University of Basel, Hamburg have for the first time investigated the difference in chemical reactivity of these two forms of νερό and have proven that ortho- and para- forms react very differently. Chemical reactivity means the way or the ability by which a molecule undergoes a chemical reaction. The study involved separation of νερό into its two isomeric forms (ortho- and para-) using an electrostatic deflector by involving electric fields. Since both these isomers are practically the same and have identical physical properties, this separation process is complex and challenging. The separation was achieved by this group of researchers by using a method based of electric fields developed by them for Free-Electron Laser Science. The deflector introduces an electric field to a beam of atomized water. Since there is crucial difference in nuclear spin in the two isomers, this slightly impacts the way by which atoms interact with this electric field. Therefore, as the water travels through the deflector it starts separating into its two forms ortho- and para-.
Researchers have demonstrated that para- νερό reacts around 25 percent faster than ortho-water and its able to attract to a 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
