Istraživači su po prvi put istražili kako dva različita oblika voda (orto- i para-) ponašaju se drugačije kada prolaze kroz kemijske reakcije.
Vodotporne igračke je kemijski entitet, molekula u kojoj jedan kisik atom je povezan s dva atoma vodika (H2O). Vodotporne igračke postoji kao tekućina, krutina (led) i plin (para). Među rijetkim je kemikalijama koje ne sadrže ugljen a još uvijek može biti tekućina na sobnoj temperaturi (oko 20 stupnjeva). Vodotporne igračke je sveprisutan i važan za život. Na molekularnoj razini dobro je poznato da svakodnevno voda postoji u dva različita oblika, ali ova informacija nije opće poznata. Ova dva oblika voda nazivaju se izomeri i označavaju kao orto- ili para- voda. Glavna razlika između ovih oblika je vrlo suptilna i jednostavno je relativna orijentacija nuklearnih spinova dva atoma vodika koji su poredani u istom ili suprotnom smjeru, otuda i njihova imena. Ovo okretanje atoma vodika posljedica je atomske fizike, iako ovaj fenomen još nije u potpunosti shvaćen. Ta dva oblika imaju identična fizikalna svojstva i do sada se vjerovalo da bi onda trebali imati i identična kemijska svojstva.
U nedavnoj studiji objavljenoj u Priroda Communications, istraživači sa Sveučilišta u Baselu u Hamburgu po prvi su put istražili razliku u kemijskoj reaktivnosti ova dva oblika voda i dokazali su da orto- i para-forme reagiraju vrlo različito. Kemijska reaktivnost označava način ili sposobnost kojom molekula prolazi kroz kemijsku reakciju. Studija je uključivala odvajanje voda u svoja dva izomerna oblika (orto- i para-) pomoću elektrostatskog deflektora uključivanjem električnih polja. Budući da su oba ova izomera praktički ista i imaju identična fizikalna svojstva, ovaj proces odvajanja je složen i izazovan. Odvajanje je postigla ova skupina istraživača korištenjem metode koja se temelji na električnim poljima koju su razvili za znanost o laseru slobodnih elektrona. Deflektor uvodi električno polje u snop atomizirane vode. Budući da postoji ključna razlika u nuklearnom spinu u dva izomera, to malo utječe na način na koji atomi stupaju u interakciju s ovim električnim poljem. Stoga, dok voda putuje kroz deflektor, počinje se razdvajati u svoja dva oblika orto- i para-.
Istraživači su pokazali da para- voda reagira oko 25 posto brže od orto-vode i može privući a reakcija partner jače. To se definitivno objašnjava razlikom u nuklearnom spinu koji utječe na rotaciju molekula vode. Također, električno polje paravode može brže privući ione. Grupa je dalje provela računalne simulacije molekula vode kako bi potvrdila svoje nalaze. Svi eksperimenti su rađeni s molekulama na vrlo niskim temperaturama od gotovo -273 stupnja Celzijusa. To je važan čimbenik kako su autori objasnili da se samo u takvim uvjetima mogu dobro definirati i bolje kontrolirati pojedina kvantna stanja i energetski sadržaj molekula. Što znači da se molekula vode stabilizira kao bilo koji od svoja dva oblika i njihove razlike postaju očite i jasne. Stoga, istraživanje kemijskih reakcija može otkriti temeljne mehanizme i dinamiku koja vodi do boljeg razumijevanja. Međutim, praktična upotreba ove studije u ovom trenutku možda nije velika.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Kilaj A et al 2018. Promatranje različitih reaktivnosti para i orto-vode prema zarobljenim diazenilijevim ionima. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
