Raziskovalci so prvič raziskali, kako dve različni obliki vode (orto- in para-) se pri kemijskih reakcijah obnašajo različno.
Voda je kemična entiteta, molekula, v kateri en sam kisik atom je povezan z dvema atomoma vodika (H2O). Voda obstaja kot tekočina, trdna snov (led) in plin (hlapi). Je med redkimi kemikalijami, ki ne vsebujejo ogljika in je še vedno lahko tekoča pri sobni temperaturi (približno 20 stopinj). Voda je vseprisoten in pomemben za življenje. Na molekularni ravni je dobro znano, da vsakdanje vode obstaja v dveh različnih oblikah, vendar te informacije niso splošno znane. Ti dve obliki vode imenujemo izomeri in jih imenujemo orto- ali para- vode. Glavna razlika med tema oblikama je zelo subtilna in je preprosto relativna usmerjenost jedrskih vrtljajev dveh vodikovih atomov, ki sta poravnana v isti ali nasprotni smeri, od tod tudi njuna imena. To vrtenje vodikovih atomov je posledica atomske fizike, čeprav ta pojav še ni povsem razumljen. Ti dve obliki imata enake fizikalne lastnosti in do sedaj je veljalo, da bi morali imeti tudi enake kemične lastnosti.
V nedavni študiji, objavljeni v Narava Sporočila so raziskovalci z Univerze v Baslu v Hamburgu prvič raziskali razliko v kemijski reaktivnosti teh dveh oblik vode in so dokazali, da orto- in para- oblike reagirajo zelo različno. Kemijska reaktivnost pomeni način ali sposobnost, s katero je molekula podvržena kemijski reakciji. Študija je vključevala ločevanje vode v dve izomerni obliki (orto- in para-) z uporabo elektrostatičnega deflektorja z vključevanjem električnih polj. Ker sta oba izomera praktično enaka in imata enake fizikalne lastnosti, je ta postopek ločevanja kompleksen in zahteven. Ločitev je ta skupina raziskovalcev dosegla z uporabo metode, ki temelji na električnih poljih, ki so jih razvili za znanost o laserju s prostimi elektroni. Deflektor uvaja električno polje v žarek atomizirane vode. Ker obstaja ključna razlika v jedrskem vrtenju v obeh izomerih, to rahlo vpliva na način interakcije atomov s tem električnim poljem. Zato se voda, ko potuje skozi deflektor, začne deliti na dve obliki orto- in para-.
Raziskovalci so dokazali, da para- vode reagira približno 25 odstotkov hitreje kot orto-voda in je sposobna pritegniti k a reakcija partnerja močneje. To je vsekakor razloženo z razliko v jedrskem spinu, ki vpliva na vrtenje vodnih molekul. Tudi električno polje paravode lahko hitreje pritegne ione. Skupina je nadalje izvedla računalniške simulacije molekul vode, da bi potrdila svoje ugotovitve. Vsi poskusi so bili opravljeni z molekulami pri zelo nizkih temperaturnih nastavitvah skoraj -273 stopinj Celzija. To je pomemben dejavnik, kot pojasnjujejo avtorji, da je le v takih pogojih mogoče dobro definirati in bolje nadzorovati posamezna kvantna stanja in energijsko vsebnost molekul. Kar pomeni, da se molekula vode stabilizira kot ena od svojih dveh oblik in njune razlike postanejo očitne in jasne. Tako lahko preiskovanje kemičnih reakcij razkrije osnovne mehanizme in dinamiko, ki vodijo k boljšemu razumevanju. Vendar pa praktična uporaba te študije trenutno morda ni zelo visoka.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Kilaj A et al 2018. Opazovanje različnih reaktivnosti para in orto vode proti ujetim diazenilijevim ionom. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
