Vedci po prvýkrát skúmali, ako dve rôzne formy voda (orto- a para-) sa pri chemických reakciách správajú odlišne.
voda je chemická entita, molekula, v ktorej je jeden kyslík atóm je viazaný na dva atómy vodíka (H2O). voda existuje ako kvapalina, tuhá látka (ľad) a plyn (pary). Je to jedna z mála chemikálií, ktoré neobsahujú uhlík a stále môže byť tekutý pri izbovej teplote (asi 20 stupňov). voda je všadeprítomná a dôležitá pre život. Na molekulárnej úrovni je dobre známe, že každý deň voda existuje v dvoch rôznych formách, ale tieto informácie nie sú všeobecne známe. Tieto dve formy voda sa nazývajú izoméry a označujú sa ako orto- alebo para- voda. Hlavný rozdiel medzi týmito formami je veľmi jemný a je to jednoducho relatívna orientácia jadrových spinov dvoch atómov vodíka, ktoré sú zarovnané buď rovnakým alebo opačným smerom, odtiaľ ich mená. Toto otáčanie atómov vodíka je spôsobené atómovou fyzikou, hoci tento jav ešte nie je úplne pochopený. Tieto dve formy majú rovnaké fyzikálne vlastnosti a doteraz sa verilo, že by potom mali mať aj rovnaké chemické vlastnosti.
V nedávnej štúdii publikovanej v príroda Výskumníci z Bazilejskej univerzity v Hamburgu po prvýkrát skúmali rozdiel v chemickej reaktivite týchto dvoch foriem voda a dokázali, že orto- a paraformy reagujú veľmi odlišne. Chemická reaktivita znamená spôsob alebo schopnosť, ktorou molekula podlieha chemickej reakcii. Štúdia zahŕňala oddelenie voda na svoje dve izomérne formy (orto- a para-) pomocou elektrostatického deflektora zapojením elektrických polí. Pretože oba tieto izoméry sú prakticky rovnaké a majú rovnaké fyzikálne vlastnosti, tento separačný proces je zložitý a náročný. Separácia bola dosiahnutá touto skupinou výskumníkov pomocou metódy založenej na elektrických poliach, ktoré vyvinuli pre Free-Electron Laser Science. Deflektor zavádza elektrické pole do lúča atomizovanej vody. Keďže v týchto dvoch izoméroch existuje zásadný rozdiel v jadrovom spine, mierne to ovplyvňuje spôsob, akým atómy interagujú s týmto elektrickým poľom. Preto, keď voda prechádza cez deflektor, začína sa rozdeľovať na dve formy orto- a para-.
Výskumníci dokázali, že para- voda reaguje približne o 25 percent rýchlejšie ako orto-voda a je schopná pritiahnuť a reakcia partnera silnejšie. Toto je určite vysvetlené rozdielom v jadrovom spine, ktorý ovplyvňuje rotáciu molekúl vody. Elektrické pole para-vody je tiež schopné rýchlejšie priťahovať ióny. Skupina ďalej vykonala počítačové simulácie molekúl vody, aby potvrdila svoje zistenia. Všetky experimenty sa robili s molekulami pri veľmi nízkych teplotách takmer -273 stupňov Celzia. Toto je dôležitý faktor, ako autori vysvetlili, že iba v takýchto podmienkach môžu byť jednotlivé kvantové stavy a energetický obsah molekúl dobre definované a lepšie kontrolované. Čo znamená, že molekula vody sa stabilizuje ako jedna z jej dvoch foriem a ich rozdiely sú zrejmé a jasné. Skúmanie chemických reakcií teda môže odhaliť základné mechanizmy a dynamiku vedúce k lepšiemu pochopeniu. Praktické využitie tejto štúdie však v súčasnosti nemusí byť príliš vysoké.
***
Zdroj (e)
Kilaj A et al 2018. Pozorovanie rôznych reaktivít para a orto-vody voči zachyteným diazenyliovým iónom. Nature Communications. 9 ods. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
***
