Forskere har for første gang undersøkt hvordan to forskjellige former for Vann (orto- og para-) oppfører seg annerledes når de gjennomgår kjemiske reaksjoner.
Vann er en kjemisk enhet, et molekyl der en enkelt oksygen atom er knyttet til to hydrogenatomer (H2O). Vann eksisterer som væske, fast (is) og gass (damp). Det er blant de få kjemikaliene som ikke inneholder karbon og fortsatt kan være flytende ved romtemperatur (ca. 20 grader). Vann er allestedsnærværende og viktig for livet. På molekylært nivå er det velkjent at hverdagen Vann finnes i to forskjellige former, men denne informasjonen er ikke kjent. Disse to formene for Vann kalles isomerer og refereres til som orto- eller para- Vann. Hovedforskjellen mellom disse formene er veldig subtil og er ganske enkelt den relative orienteringen av kjernefysiske spinn til de to hydrogenatomene som er justert i enten samme eller motsatt retning, derav navnene deres. Dette spinnet av hydrogenatomer skyldes atomfysikk, selv om dette fenomenet ennå ikke er fullt ut forstått. Disse to formene har identiske fysiske egenskaper og man har så langt trodd at de også da skulle ha identiske kjemiske egenskaper.
I en fersk studie publisert i Natur Communications, forskere fra Universitetet i Basel, Hamburg har for første gang undersøkt forskjellen i kjemisk reaktivitet til disse to formene for Vann og har bevist at orto- og para-former reagerer svært forskjellig. Kjemisk reaktivitet betyr måten eller evnen et molekyl gjennomgår en kjemisk reaksjon med. Studien innebar separasjon av Vann til sine to isomere former (orto- og para-) ved å bruke en elektrostatisk deflektor ved å involvere elektriske felt. Siden begge disse isomerene er praktisk talt like og har identiske fysiske egenskaper, er denne separasjonsprosessen kompleks og utfordrende. Separasjonen ble oppnådd av denne gruppen av forskere ved å bruke en metode basert på elektriske felt utviklet av dem for Free-Electron Laser Science. Deflektoren introduserer et elektrisk felt til en stråle av forstøvet vann. Siden det er en avgjørende forskjell i kjernefysisk spinn i de to isomerene, påvirker dette litt måten atomer samhandler med dette elektriske feltet. Derfor, når vannet beveger seg gjennom deflektoren, begynner det å separeres i sine to former orto- og para-.
Forskere har vist at para- Vann reagerer rundt 25 prosent raskere enn orto-vann og er i stand til å tiltrekke seg en reaksjon partner sterkere. Dette er definitivt forklart av forskjellen i kjernefysisk spinn som påvirker rotasjonen av vannmolekylene. Paravanns elektriske felt er også i stand til å tiltrekke seg ionene raskere. Gruppen utførte videre datasimuleringer av vannmolekyler for å bekrefte funnene deres. Alle eksperimenter ble gjort med molekyler i svært lave temperaturinnstillinger nesten -273 grader Celsius. Dette er en viktig faktor som forklart av forfatterne at bare under slike forhold kan de individuelle kvantetilstandene og energiinnholdet til molekyler være godt definert og bedre kontrollert. Noe som betyr at vannmolekylet stabiliserer seg som en av de to formene og forskjellene deres blir tydelige og tydelige. Dermed kan å undersøke kjemiske reaksjoner avsløre underliggende mekanismer og dynamikk som fører til en bedre forståelse. Imidlertid er den praktiske bruken av denne studien kanskje ikke særlig høy på dette tidspunktet.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Kilaj A et al 2018. Observasjon av ulike reaktiviteter av para og orto-vann mot fangede diazenyliumioner. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
