Cercetătorii au investigat pentru prima dată modul în care două forme diferite de de apă (orto- și para-) se comportă diferit atunci când suferă reacții chimice.
Apă este o entitate chimică, o moleculă în care o singură oxigen atomul este legat de doi atomi de hidrogen (H2O). Apă există sub formă lichidă, solidă (gheață) și gazoasă (vapori). Este printre puținele substanțe chimice care nu conțin carbon și încă poate fi lichid la temperatura camerei (aproximativ 20 de grade). Apă este omniprezent și important pentru viață. La nivel molecular este bine cunoscut faptul că în fiecare zi de apă există în două forme diferite, dar această informație nu este cunoscută. Aceste două forme de de apă se numesc izomeri și sunt denumiți orto- sau para- de apă. Principala diferență dintre aceste forme este foarte subtilă și este pur și simplu orientarea relativă a spinurilor nucleare a celor doi atomi de hidrogen care sunt aliniați fie în aceeași direcție, fie în direcție opusă, de unde și numele lor. Acest spin al atomilor de hidrogen se datorează fizicii atomice, deși acest fenomen nu este încă pe deplin înțeles. Aceste două forme au proprietăți fizice identice și s-a crezut până acum că ar trebui să aibă și proprietăți chimice identice.
Într-un studiu recent publicat în Natură Communications, cercetătorii de la Universitatea din Basel, Hamburg au investigat pentru prima dată diferența de reactivitate chimică a acestor două forme de de apă și au demonstrat că orto- și para-formele reacţionează foarte diferit. Reactivitatea chimică înseamnă modul sau capacitatea prin care o moleculă suferă o reacție chimică. Studiul a implicat separarea de apă în cele două forme izomerice ale sale (orto- și para-) folosind un deflector electrostatic prin implicarea câmpurilor electrice. Deoarece ambii acești izomeri sunt practic aceiași și au proprietăți fizice identice, acest proces de separare este complex și provocator. Separarea a fost realizată de acest grup de cercetători folosind o metodă bazată pe câmpuri electrice dezvoltată de ei pentru Free-Electron Laser Science. Deflectorul introduce un câmp electric într-un fascicul de apă atomizată. Deoarece există o diferență crucială în spin nuclear în cei doi izomeri, acest lucru influențează ușor modul în care atomii interacționează cu acest câmp electric. Prin urmare, pe măsură ce apa trece prin deflector, începe să se separe în cele două forme orto- și para-.
Cercetătorii au demonstrat că para- de apă reacționează cu aproximativ 25 la sută mai repede decât apa orto și este capabilă să atragă la a reacţie partener mai puternic. Acest lucru se explică cu siguranță prin diferența de spin nuclear care influențează rotația moleculelor de apă. De asemenea, câmpul electric al apei este capabil să atragă ionii mai repede. Grupul a efectuat în continuare simulări computerizate ale moleculelor de apă pentru a-și corobora constatările. Toate experimentele au fost făcute cu molecule la temperaturi foarte scăzute de aproape -273 de grade Celsius. Acesta este un factor important, așa cum au explicat autorii, că numai în astfel de condiții stările cuantice individuale și conținutul de energie al moleculelor pot fi bine definite și mai bine controlate. Ceea ce înseamnă că molecula de apă se stabilizează în oricare dintre cele două forme ale sale, iar diferențele lor devin evidente și clare. Astfel, investigarea reacțiilor chimice poate dezvălui apoi mecanismele și dinamica care stau la baza, care conduc la o mai bună înțelegere. Cu toate acestea, utilizarea practică a acestui studiu ar putea să nu fie foarte mare în acest moment.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Kilaj A et al 2018. Observarea diferitelor reactivități ale apei para și orto față de ionii de diazeniliu prinși. Natura Comunicaţii. 9(1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
