Vísindamenn hafa rannsakað í fyrsta skipti hvernig tvær mismunandi gerðir af vatn (ortho- og para-) hegða sér öðruvísi þegar þeir gangast undir efnahvörf.
Vatn er efnaeining, sameind þar sem ein súrefni atóm er tengt tveimur vetnisatómum (H2O). Vatn er til sem fljótandi, fast efni (ís) og gas (gufur). Það er meðal fárra efna sem innihalda ekki kolefni og getur samt verið fljótandi við stofuhita (um 20 gráður). Vatn er alls staðar nálægur og mikilvægur fyrir lífið. Á sameindastigi er það vel þekkt að daglegur vatn er til í tveimur mismunandi myndum en þessar upplýsingar eru ekki almennt þekktar. Þessar tvær tegundir af vatn kallast hverfur og er vísað til sem ortho- eða para- vatn. Aðalmunurinn á þessum formum er mjög lúmskur og er einfaldlega hlutfallsleg stefnumörkun kjarnasnúninga vetnisatómanna tveggja sem eru stillt í annaðhvort sömu eða gagnstæða átt, þess vegna nöfn þeirra. Þessi snúningur vetnisatóma er vegna atómeðlisfræðinnar þó að þetta fyrirbæri sé ekki enn skilið að fullu. Þessi tvö form hafa sömu eðliseiginleika og hingað til hefur verið talið að þau ættu einnig þá að hafa sömu efnafræðilega eiginleika.
Í nýlegri rannsókn sem birt var í Nature Samskipti, vísindamenn frá háskólanum í Basel í Hamborg hafa í fyrsta sinn rannsakað muninn á efnahvarfsemi þessara tveggja forma vatn og hafa sannað að ortho- og para-form bregðast mjög mismunandi við. Efnafræðileg viðbrögð merkir hvernig eða hæfileikinn sem sameind fer í efnahvörf. Rannsóknin fól í sér aðskilnað á vatn í tvö ísómerísk form (ortho- og para-) með því að nota rafstöðueiginleikar með því að taka þátt í rafsviðum. Þar sem báðar þessar hverfur eru nánast eins og hafa sömu eðlisfræðilega eiginleika, er þetta aðskilnaðarferli flókið og krefjandi. Aðskilnaðurinn náðist af þessum hópi vísindamanna með því að nota aðferð sem byggir á rafsviðum sem þeir hafa þróað fyrir Free-Electron Laser Science. Deflector kynnir rafsvið í geisla af atomuðu vatni. Þar sem það er afgerandi munur á kjarnasnúningi í hverfunum tveimur, hefur þetta lítilsháttar áhrif á hvernig frumeindir hafa samskipti við þetta rafsvið. Þess vegna, þegar vatnið ferðast í gegnum sveigjanleikann, byrjar það að aðskiljast í tvö form rétt- og para-.
Vísindamenn hafa sýnt fram á að para- vatn bregst um 25 prósent hraðar en ortho-vatn og það getur laðað að a viðbrögð maka sterkari. Þetta skýrist örugglega af muninum á kjarnasnúningnum sem hefur áhrif á snúning vatnssameindanna. Einnig getur rafsvið para-vatns laðað jónirnar hraðar að. Hópurinn gerði ennfremur tölvuhermun á vatnssameindum til að staðfesta niðurstöður sínar. Allar tilraunir voru gerðar með sameindir í mjög lágum hitastillingum næstum -273 gráður á Celsíus. Þetta er mikilvægur þáttur eins og höfundar útskýrðu að aðeins við slíkar aðstæður er hægt að skilgreina einstök skammtaástand og orkuinnihald sameinda vel og stjórna betur. Sem þýðir að vatnssameind kemst á stöðugleika sem annað hvort tveggja form og munur þeirra verður augljós og skýr. Þannig getur rannsókn á efnahvörfum leitt í ljós undirliggjandi kerfi og gangverki sem leiðir til betri skilnings. Hins vegar gæti hagnýting þessarar rannsóknar ekki verið mjög mikil á þessum tíma.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Kilaj A et al 2018. Athugun á mismunandi hvarfgirni para og ortóvatns gagnvart föstum díazenýljónum. Nature Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
