دو شکل ایزومری آب روزانه، نرخ‌های واکنش متفاوتی را نشان می‌دهند

محققان برای اولین بار بررسی کردند که چگونه دو شکل مختلف از آب (ارتو و پارا) هنگام انجام واکنش های شیمیایی رفتار متفاوتی دارند.

آب یک موجود شیمیایی است، مولکولی که در آن یک واحد اکسیژن اتم به دو اتم هیدروژن (H2O) متصل است. آب به صورت مایع، جامد (یخ) و گاز (بخار) وجود دارد. این یکی از معدود مواد شیمیایی است که حاوی آن نیست کربن و همچنان می تواند در دمای اتاق (حدود 20 درجه) مایع باشد. آب همه جا حاضر و برای زندگی مهم است. در سطح مولکولی به خوبی شناخته شده است که هر روز آب به دو شکل مختلف وجود دارد، اما این اطلاعات در دسترس عموم نیست. این دو شکل از آب ایزومر نامیده می شوند و به آنها ارتو یا پارا می گویند. آب. تفاوت اصلی بین این اشکال بسیار ظریف است و صرفاً جهت گیری نسبی اسپین های هسته ای دو اتم هیدروژن است که در جهت یکسان یا مخالف هم تراز شده اند، از این رو نام آنها به همین دلیل است. این اسپین اتم های هیدروژن به دلیل فیزیک اتمی است، اگرچه این پدیده هنوز به طور کامل درک نشده است. این دو شکل دارای خواص فیزیکی یکسانی هستند و تا کنون اعتقاد بر این بوده است که پس از آن باید خواص شیمیایی یکسانی نیز داشته باشند.

در مطالعه اخیر منتشر شده در طبیعت ارتباطات، محققان دانشگاه بازل هامبورگ برای اولین بار تفاوت در واکنش شیمیایی این دو شکل را بررسی کردند. آب و ثابت کرده اند که ارتو و پارافرم ها بسیار متفاوت واکنش نشان می دهند. واکنش شیمیایی به معنی روش یا توانایی یک مولکول است که توسط آن یک واکنش شیمیایی انجام می شود. مطالعه شامل جداسازی آب به دو شکل ایزومر (ارتو- و پارا-) با استفاده از یک منحرف کننده الکترواستاتیک با درگیری میدان های الکتریکی. از آنجایی که هر دو این ایزومرها عملا یکسان هستند و خواص فیزیکی یکسانی دارند، این فرآیند جداسازی پیچیده و چالش برانگیز است. این جداسازی توسط این گروه از محققین با استفاده از روشی مبتنی بر میدان های الکتریکی که توسط آنها برای علم لیزر الکترون آزاد توسعه داده شده است، به دست آمد. منحرف کننده یک میدان الکتریکی را به پرتو آب اتمیزه شده وارد می کند. از آنجایی که تفاوت اساسی در اسپین هسته ای در دو ایزومر وجود دارد، این کمی بر نحوه تعامل اتم ها با این میدان الکتریکی تأثیر می گذارد. بنابراین، همانطور که آب از طریق منحرف کننده حرکت می کند، شروع به جدا شدن به دو شکل ارتو و پارا می کند.

محققان نشان داده اند که پارا آب حدود 25 درصد سریعتر از آب ارتو واکنش نشان می دهد و می تواند به a جذب شود واکنش قوی تر شریک شوید این قطعاً با تفاوت در چرخش هسته ای که بر چرخش مولکول های آب تأثیر می گذارد توضیح داده می شود. همچنین میدان الکتریکی پاراآب قادر است یونها را سریعتر جذب کند. این گروه بیشتر شبیه سازی های کامپیوتری مولکول های آب را برای تایید یافته های خود انجام دادند. تمام آزمایش‌ها با مولکول‌ها در دمای بسیار پایین تقریباً 273- درجه سانتی‌گراد انجام شد. این یک عامل مهم است همانطور که توسط نویسندگان توضیح داده شده است که تنها در چنین شرایطی می توان حالت های کوانتومی فردی و محتوای انرژی مولکول ها را به خوبی تعریف کرد و بهتر کنترل کرد. به این معنی که مولکول آب در هر یک از دو شکل خود تثبیت می شود و تفاوت آنها آشکار و واضح می شود. بنابراین، بررسی واکنش‌های شیمیایی می‌تواند مکانیسم‌ها و پویایی‌های اساسی را نشان دهد که منجر به درک بهتر می‌شود. با این حال، استفاده عملی از این مطالعه ممکن است در حال حاضر زیاد نباشد.

***

{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}

منبع (ها)

Kilaj A et al 2018. مشاهده واکنش های مختلف پارا و ارتو-آب نسبت به یون های دیازنیلیم به دام افتاده. طبیعت ارتباطات. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3