Teadlased on esimest korda uurinud, kuidas kaks erinevat vormi vesi (orto- ja para-) käituvad keemiliste reaktsioonide ajal erinevalt.
Vesi on keemiline üksus, molekul, milles üksik hapnik aatom on seotud kahe vesinikuaatomiga (H2O). Vesi eksisteerib vedelana, tahke (jää) ja gaasina (aurud). See on üks väheseid kemikaale, mis ei sisalda süsinik ja ikka võib toatemperatuuril (umbes 20 kraadi) vedel olla. Vesi on üldlevinud ja eluks oluline. Molekulaarsel tasandil on hästi teada, et igapäevane vesi eksisteerib kahel erineval kujul, kuid see teave ei ole üldteada. Need kaks vormi vesi Neid nimetatakse isomeerideks ja neid nimetatakse orto- või para- vesi. Peamine erinevus nende vormide vahel on väga peen ja seisneb lihtsalt kahe vesinikuaatomi tuumaspinnide suhtelises orientatsioonis, mis on joondatud kas samas või vastassuunas, sellest ka nende nimed. See vesinikuaatomite pöörlemine on tingitud aatomifüüsikast, kuigi seda nähtust pole veel täielikult mõistetud. Nendel kahel vormil on identsed füüsikalised omadused ja seni on arvatud, et neil peaks olema ka identsed keemilised omadused.
Aastal avaldatud hiljutises uuringus loodus Hamburgi Baseli ülikooli teadlased on esimest korda uurinud nende kahe vormi keemilise reaktsioonivõime erinevusi. vesi ja on tõestanud, et orto- ja paravormid reageerivad väga erinevalt. Keemiline reaktsioonivõime tähendab viisi või võimet, mille abil molekul läbib keemilise reaktsiooni. Uuring hõlmas eraldamist vesi selle kaheks isomeerseks vormiks (orto- ja para-), kasutades elektrostaatilist deflektorit, kaasates elektrivälju. Kuna mõlemad need isomeerid on praktiliselt samad ja neil on identsed füüsikalised omadused, on see eraldamisprotsess keeruline ja keeruline. See teadlaste rühm saavutas eraldamise, kasutades nende poolt vabaelektroonilise laserteaduse jaoks välja töötatud elektriväljadel põhinevat meetodit. Deflektor loob pihustatud veekiirele elektrivälja. Kuna kahe isomeeri tuumaspinnis on oluline erinevus, mõjutab see veidi seda, kuidas aatomid selle elektriväljaga interakteeruvad. Seega, kui vesi liigub läbi deflektori, hakkab see eralduma kaheks orto- ja para-vormiks.
Teadlased on näidanud, et para- vesi reageerib umbes 25 protsenti kiiremini kui ortovesi ja suudab ligi tõmmata a reaktsioon partner tugevamalt. Seda seletab kindlasti erinevus tuumaspinnis, mis mõjutab veemolekulide pöörlemist. Samuti suudab paravee elektriväli ioone kiiremini ligi tõmmata. Rühm viis oma tulemuste kinnitamiseks läbi ka veemolekulide arvutisimulatsioone. Kõik katsed viidi läbi molekulidega väga madalatel temperatuuridel peaaegu -273 kraadi Celsiuse järgi. See on oluline tegur, nagu selgitasid autorid, et ainult sellistes tingimustes saab molekulide individuaalseid kvantolekuid ja energiasisaldust hästi määratleda ja paremini kontrollida. Mis tähendab, et veemolekul stabiliseerub ühel kahest vormist ja nende erinevused muutuvad ilmseks ja selgeks. Seega võib keemiliste reaktsioonide uurimine paljastada aluseks olevad mehhanismid ja dünaamika, mis aitab paremini mõista. Selle uuringu praktiline kasutamine ei pruugi aga praegu olla kuigi kõrge.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Kilaj A et al 2018. Para- ja ortovee erinevate reaktsioonivõimete vaatlemine kinni jäänud diasenüüliumioonide suhtes. Nature Communications. 9 lõige 1. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
