นักวิจัยได้ตรวจสอบเป็นครั้งแรกว่ามีสองรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างไร น้ำ (ออร์โธ- และ พารา-) มีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี.
น้ำดื่ม เป็นเอนทิตีทางเคมีซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีโมเลกุลเดี่ยว ออกซิเจน อะตอมเชื่อมโยงกับไฮโดรเจน 2 อะตอม (HXNUMXO) น้ำดื่ม มีอยู่ในรูปของของเหลว ของแข็ง (น้ำแข็ง) และก๊าซ (ไอ) เป็นหนึ่งในสารเคมีไม่กี่ชนิดที่ไม่มีอยู่ คาร์บอน และยังสามารถเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้อง (ประมาณ 20 องศา) น้ำดื่ม มีอยู่ทุกหนทุกแห่งและมีความสำคัญต่อชีวิต ในระดับโมเลกุลเป็นที่รู้กันดีว่าทุกวัน น้ำ มีอยู่ในสองรูปแบบที่แตกต่างกัน แต่ข้อมูลนี้ไม่ใช่ความรู้ทั่วไป สองรูปแบบนี้. น้ำ เรียกว่าไอโซเมอร์ และเรียกว่าออร์โธ- หรือพารา- น้ำ- ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างรูปแบบเหล่านี้มีความละเอียดอ่อนมากและเป็นเพียงการวางแนวสัมพัทธ์ของการหมุนของนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนทั้งสองซึ่งเรียงตัวอยู่ในทิศทางเดียวกันหรือตรงกันข้าม จึงเป็นที่มาของชื่อพวกมัน การหมุนของอะตอมไฮโดรเจนนี้เกิดจากฟิสิกส์ของอะตอม แม้ว่าปรากฏการณ์นี้จะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ก็ตาม ทั้งสองรูปแบบนี้มีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนกัน และเชื่อกันจนถึงตอนนี้ว่าควรจะมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกันด้วย
ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ การสื่อสาร นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบาเซิล ฮัมบูร์ก ได้ตรวจสอบความแตกต่างในปฏิกิริยาเคมีของทั้งสองรูปแบบนี้เป็นครั้งแรก น้ำ และได้พิสูจน์แล้วว่าออร์โธและพาราฟอร์มมีปฏิกิริยาแตกต่างกันมาก ปฏิกิริยาเคมีหมายถึงวิธีการหรือความสามารถที่โมเลกุลเกิดปฏิกิริยาเคมี การศึกษานี้เกี่ยวข้องกับการแยก น้ำ ออกเป็นสองรูปแบบไอโซเมอร์ (ออร์โธ- และพารา-) โดยใช้ตัวเบี่ยงไฟฟ้าสถิตโดยเกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้า เนื่องจากไอโซเมอร์ทั้งสองนี้เกือบจะเหมือนกันและมีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนกัน กระบวนการแยกนี้จึงซับซ้อนและท้าทาย นักวิจัยกลุ่มนี้ทำการแยกได้สำเร็จโดยใช้วิธีการที่ใช้สนามไฟฟ้าซึ่งพัฒนาโดยพวกเขาสำหรับวิทยาศาสตร์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ ตัวเบี่ยงจะแนะนำสนามไฟฟ้าให้กับลำแสงน้ำที่ถูกทำให้เป็นอะตอม เนื่องจากมีความแตกต่างที่สำคัญในการหมุนของนิวเคลียสในไอโซเมอร์ทั้งสอง จึงส่งผลกระทบเล็กน้อยต่อวิธีที่อะตอมมีปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้านี้ ดังนั้น เมื่อน้ำเดินทางผ่านตัวเบี่ยง น้ำจะเริ่มแยกออกเป็นสองรูปแบบ ortho- และ para-
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพารา- น้ำ ทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่าน้ำออร์โธประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ และสามารถดึงดูด a ได้ ปฏิกิริยา พันธมิตรที่แข็งแกร่งมากขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้อย่างชัดเจนจากความแตกต่างในการหมุนของนิวเคลียสซึ่งส่งผลต่อการหมุนของโมเลกุลของน้ำ สนามไฟฟ้าของพาราวอเตอร์สามารถดึงดูดไอออนได้เร็วกว่า กลุ่มได้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของโมเลกุลของน้ำเพิ่มเติมเพื่อยืนยันการค้นพบของพวกเขา การทดลองทั้งหมดทำด้วยโมเลกุลในอุณหภูมิที่ต่ำมากเกือบ -273 องศาเซลเซียส นี่เป็นปัจจัยสำคัญที่อธิบายโดยผู้เขียนว่าในสภาวะดังกล่าวเท่านั้น สถานะควอนตัมแต่ละตัวและเนื้อหาพลังงานของโมเลกุลสามารถกำหนดได้ดีและควบคุมได้ดีขึ้น ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลของน้ำมีความเสถียรเนื่องจากรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งทั้งสองรูปแบบ และความแตกต่างของโมเลกุลจะชัดเจนและชัดเจน ดังนั้น การตรวจสอบปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถเปิดเผยกลไกเบื้องหลังและพลวัตที่นำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงของการศึกษานี้อาจยังไม่สูงมากนักในขณะนี้
***
{คุณสามารถอ่านรายงานการวิจัยต้นฉบับได้โดยคลิกลิงก์ DOI ที่ระบุด้านล่างในรายการแหล่งที่มาที่อ้างอิง}
แหล่งที่มา (s)
Kilaj A et al 2018 การสังเกตปฏิกิริยาที่แตกต่างกันของพาราและออร์โธวอเตอร์ที่มีต่อไอออนไดอาเซนิลเลียมที่ติดอยู่ การสื่อสารธรรมชาติ. 9(1) https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
