Navorsers het vir die eerste keer ondersoek hoe twee verskillende vorme van water (orto- en para-) tree anders op wanneer hulle chemiese reaksies ondergaan.
water is 'n chemiese entiteit, 'n molekule waarin 'n enkele suurstof atoom is gekoppel aan twee waterstofatome (H2O). water bestaan as vloeistof, vaste stof (ys) en gas (dampe). Dit is een van die min chemikalieë wat nie bevat nie koolstof en kan steeds vloeibaar wees by kamertemperatuur (sowat 20 grade). water is alomteenwoordig en belangrik vir die lewe. Op molekulêre vlak is dit algemeen bekend dat dit elke dag water bestaan in twee verskillende vorme, maar hierdie inligting is nie algemeen bekend nie. Hierdie twee vorme van water word isomere genoem en word na verwys as orto- of para- water. Die belangrikste verskil tussen hierdie vorms is baie subtiel en is bloot die relatiewe oriëntasie van die kernspin van die twee waterstofatome wat in dieselfde of teenoorgestelde rigting in lyn is, vandaar hul name. Hierdie spin van waterstofatome is te wyte aan atoomfisika alhoewel hierdie verskynsel nog nie ten volle verstaan word nie. Hierdie twee vorms het identiese fisiese eienskappe en daar is tot dusver geglo dat hulle dan ook identiese chemiese eienskappe moet hê.
In 'n onlangse studie gepubliseer in Aard Kommunikasie, navorsers van die Universiteit van Basel, Hamburg het vir die eerste keer die verskil in chemiese reaktiwiteit van hierdie twee vorme van water en het bewys dat orto- en para-vorme baie verskillend reageer. Chemiese reaktiwiteit beteken die manier of die vermoë waarmee 'n molekule 'n chemiese reaksie ondergaan. Die studie het skeiding van water in sy twee isomere vorms (orto- en para-) met behulp van 'n elektrostatiese deflektor deur elektriese velde te betrek. Aangesien beide hierdie isomere feitlik dieselfde is en identiese fisiese eienskappe het, is hierdie skeidingsproses kompleks en uitdagend. Die skeiding is deur hierdie groep navorsers bereik deur 'n metode te gebruik wat gebaseer is op elektriese velde wat deur hulle ontwikkel is vir Free-Electron Laser Science. Die deflektor lei 'n elektriese veld na 'n straal van geatomiseerde water in. Aangesien daar 'n deurslaggewende verskil in kernspin in die twee isomere is, beïnvloed dit 'n bietjie die manier waarop atome met hierdie elektriese veld in wisselwerking tree. Daarom, soos die water deur die deflektor beweeg, begin dit in sy twee vorms orto- en para- skei.
Navorsers het getoon dat para- water reageer ongeveer 25 persent vinniger as orto-water en kan aantrek na 'n reaksie vennoot sterker. Dit word beslis verklaar deur die verskil in die kernspin wat die rotasie van die watermolekules beïnvloed. Para-water se elektriese veld is ook in staat om die ione vinniger aan te trek. Die groep het verder rekenaarsimulasies van watermolekules uitgevoer om hul bevindinge te staaf. Alle eksperimente is gedoen met molekules in baie lae temperatuur instellings byna -273 grade Celsius. Dit is 'n belangrike faktor soos verduidelik deur die skrywers dat slegs in sulke toestande die individuele kwantumtoestande en energie-inhoud van molekules goed gedefinieer en beter beheer kan word. Wat beteken dat watermolekule as enige van sy twee vorme stabiliseer en hul verskille word duidelik en duidelik. So kan die ondersoek van chemiese reaksies dan onderliggende meganismes en dinamika openbaar wat lei tot 'n beter begrip. Die praktiese gebruik van hierdie studie mag egter nie op hierdie tydstip baie hoog wees nie.
***
Bronne)
Kilaj A et al 2018. Waarneming van verskillende reaktiwiteite van para- en orto-water teenoor vasgevangde diazenieliumione. Nature Kommunikasie. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
***
