Συγκρίνοντας την χημεία των ισομερών του νερού.
Τα μόρια του νερού υπάρχουν σε δύο διαφορετικές μορφές με σχεδόν ταυτόσημες φυσικές ιδιότητες. Για πρώτη φορά, οι ερευνητές κατάφεραν να διαχωρίσουν τις δύο μορφές για να δείξουν ότι μπορούν να παρουσιάσουν διαφορετικές χημικές αντιδράσεις. Αυτά τα αποτελέσματα αναφέρθηκαν από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βασιλείας και του Πανεπιστημίου του Αμβούργου στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.
Από χημική άποψη, το νερό είναι ένα μόριο στο οποίο ένα άτομο οξυγόνου συνδέεται με δύο άτομα υδρογόνου. Είναι λιγότερο γνωστό ότι το νερό υπάρχει σε δύο διαφορετικές μορφές (ισομερή) σε μοριακό επίπεδο. Η διαφορά έγκειται στον σχετικό προσανατολισμό των πυρηνικών περιστροφών των δύο ατόμων υδρογόνου. Ανάλογα με το αν οι περιστροφές είναι ευθυγραμμισμένες στην ίδια ή αντίθετη κατεύθυνση, κάποιος αναφέρεται σε αυτό ως Ortho ή Para water.
Πειράματα με ταξινομημένα μόρια νερού
Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Stefan Willitsch από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Βασιλείας έχει διερευνήσει πώς οι δύο μορφές νερού διαφέρουν ως προς τη χημική τους αντιδραστικότητα και την ικανότητά τους να υποβάλλονται σε χημική αντίδραση. Και τα δύο ισομερή έχουν σχεδόν ταυτόσημες φυσικές ιδιότητες, γεγονός που καθιστά τον διαχωρισμό τους ιδιαίτερα προκλητικό.
Αυτός ο διαχωρισμός κατέστη εφικτός με μια μέθοδο βασισμένη σε ηλεκτρικά πεδία που ανέπτυξε ο καθηγητής Jochen Küpper από το Hamburg Center for Free-Electron Laser Science. Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση, οι ερευνητές μπόρεσαν να ξεκινήσουν ελεγχόμενες αντιδράσεις μεταξύ των «προ-ταξινομημένων» ισομερών ύδατος και των ιόντων υπερδιάλυτου διαζενίου (“πρωτονιωμένο άζωτο”) που συγκρατήθηκαν σε μια παγίδα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ένα ιόν diazenylium (Χημικός τύπος Ν2Η) μεταφέρει το πρωτόνιο του σε ένα μόριο νερού.
Αυξημένη αντιδραστικότητα
Αποδείχθηκε ότι το Para water αντιδρά περίπου 25% ταχύτερα από το Ortho water. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από την άποψη του πυρηνικού σπιν, που επίσης επηρεάζει την περιστροφή των μορίων του νερού. Ως αποτέλεσμα αυτών των εγκαταστάσεων, διάφορες ελκτικές δυνάμεις δρουν μεταξύ των εταίρων αντίδρασης.
Στα πειράματά τους, οι ερευνητές συνεργάστηκαν με μόρια σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο σημείο μηδέν (περίπου -273 ° C). Αυτές είναι οι ιδανικές συνθήκες για την ακριβή προετοιμασία των μεμονωμένων κβαντικών καταστάσεων και τον προσδιορισμό του ενεργειακού περιεχομένου των μορίων και την πρόκληση μιας ελεγχόμενης αντίδρασης μεταξύ τους.
Ο Willitsch εξηγεί την πειραματική προσέγγιση, λέγοντας πως: «Όσο καλύτερα μπορούμε να ελέγξουμε τις καταστάσεις των μορίων που εμπλέκονται σε μια χημική αντίδραση, τόσο καλύτερα οι μηχανισμοί και η δυναμική της αντίδρασης μπορούν να διερευνηθούν και να κατανοηθούν».
