Vědci poprvé zkoumali, jak dvě různé formy voda (orto- a para-) se při chemických reakcích chovají odlišně.
voda je chemická entita, molekula, ve které je jeden kyslík atom je spojen se dvěma atomy vodíku (H2O). voda existuje jako kapalina, pevná látka (led) a plyn (páry). Patří mezi několik chemikálií, které neobsahují uhlík a stále může být kapalný při pokojové teplotě (asi 20 stupňů). voda je všudypřítomná a pro život důležitá. Na molekulární úrovni je dobře známo, že každý den voda existuje ve dvou různých formách, ale tyto informace nejsou běžně známé. Tyto dvě formy voda se nazývají izomery a jsou označovány jako orto- nebo para- voda. Hlavní rozdíl mezi těmito formami je velmi jemný a je jednoduše relativní orientací jaderných spinů dvou atomů vodíku, které jsou zarovnány buď stejným nebo opačným směrem, odtud jejich názvy. Toto otáčení atomů vodíku je způsobeno atomovou fyzikou, i když tento jev ještě není plně pochopen. Tyto dvě formy mají identické fyzikální vlastnosti a dosud se věřilo, že by měly mít také identické chemické vlastnosti.
V nedávné studii publikované v Příroda Výzkumníci z univerzity v Basileji v Hamburku poprvé zkoumali rozdíl v chemické reaktivitě těchto dvou forem voda a prokázali, že orto- a paraformy reagují velmi odlišně. Chemická reaktivita znamená způsob nebo schopnost, kterou molekula prochází chemickou reakcí. Studie zahrnovala oddělení voda na své dvě izomerní formy (orto- a para-) pomocí elektrostatického deflektoru zapojením elektrických polí. Protože oba tyto izomery jsou prakticky stejné a mají stejné fyzikální vlastnosti, je tento separační proces složitý a náročný. Separace byla dosažena touto skupinou výzkumníků pomocí metody založené na elektrických polích, kterou vyvinuli pro Free-Electron Laser Science. Deflektor zavádí elektrické pole do paprsku atomizované vody. Protože u těchto dvou izomerů existuje zásadní rozdíl v jaderném spinu, mírně to ovlivňuje způsob, jakým atomy interagují s tímto elektrickým polem. Proto, jak voda prochází deflektorem, začíná se rozdělovat do svých dvou forem orto- a para-.
Vědci prokázali, že para- voda reaguje asi o 25 procent rychleji než orto-voda a je schopna přitahovat k a reakce partnera silněji. To je jednoznačně vysvětleno rozdílem v jaderném spinu, který ovlivňuje rotaci molekul vody. Také elektrické pole para-vody je schopno přitahovat ionty rychleji. Skupina dále provedla počítačové simulace molekul vody, aby potvrdila svá zjištění. Všechny experimenty byly provedeny s molekulami při velmi nízkých teplotách téměř -273 stupňů Celsia. To je důležitý faktor, jak autoři vysvětlují, že pouze za takových podmínek mohou být jednotlivé kvantové stavy a energetický obsah molekul dobře definovány a lépe kontrolovány. Což znamená, že molekula vody se stabilizuje jako jedna z jejích dvou forem a jejich rozdíly se stanou zjevnými a jasnými. Zkoumání chemických reakcí tak může odhalit základní mechanismy a dynamiku vedoucí k lepšímu porozumění. Praktické využití této studie však v současné době nemusí být příliš vysoké.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Kilaj A et al 2018. Pozorování různých reaktivit para a orto-vody vůči zachyceným diazenyliovým iontům. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
