მკვლევარებმა პირველად გამოიკვლიეს ორი განსხვავებული ფორმა წყლის (ორთო- და პარა-) განსხვავებულად იქცევიან ქიმიური რეაქციების დროს.
წყალი არის ქიმიური ერთეული, მოლეკულა, რომელშიც ერთი ჟანგბადის ატომი დაკავშირებულია წყალბადის ორ ატომთან (H2O). წყალი არსებობს როგორც თხევადი, მყარი (ყინული) და აირი (ორთქლი). ეს არის იმ რამდენიმე ქიმიკატთა შორის, რომლებიც არ შეიცავს ნახშირბადის და მაინც შეიძლება იყოს თხევადი ოთახის ტემპერატურაზე (დაახლოებით 20 გრადუსი). წყალი არის ყველგან და მნიშვნელოვანია სიცოცხლისთვის. მოლეკულურ დონეზე ცნობილია, რომ ყოველდღიურ წყლის არსებობს ორი განსხვავებული ფორმით, მაგრამ ეს ინფორმაცია არ არის საყოველთაოდ ცნობილი. ეს ორი ფორმა წყლის იზომერებს უწოდებენ და მოიხსენიებენ როგორც ორთო- ან პარა- წყლის. ამ ფორმებს შორის მთავარი განსხვავება ძალიან დახვეწილია და უბრალოდ არის ორი წყალბადის ატომის ბირთვული სპინების შედარებითი ორიენტაცია, რომლებიც გასწორებულია იმავე ან საპირისპირო მიმართულებით, აქედან მოდის მათი სახელები. წყალბადის ატომების ეს სპინი გამოწვეულია ატომური ფიზიკით, თუმცა ეს ფენომენი ჯერ ბოლომდე არ არის გასაგები. ამ ორ ფორმას აქვს იდენტური ფიზიკური თვისებები და აქამდე ითვლებოდა, რომ მათ ასევე უნდა ჰქონდეთ იდენტური ქიმიური თვისებები.
ბოლო კვლევაში, რომელიც გამოქვეყნდა ბუნება ჰამბურგის ბაზელის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა პირველად გამოიკვლიეს განსხვავება ამ ორი ფორმის ქიმიურ რეაქტიულობაში. წყლის და დაამტკიცეს, რომ ორთო- და პარაფორმები ძალიან განსხვავებულად რეაგირებენ. ქიმიური რეაქტიულობა ნიშნავს გზას ან უნარს, რომლითაც მოლეკულა განიცდის ქიმიურ რეაქციას. კვლევა მოიცავდა გამოყოფას წყლის მის ორ იზომერულ ფორმაში (ორთო- და პარა-) ელექტროსტატიკური დეფლექტორის გამოყენებით ელექტრული ველების ჩართვით. ვინაიდან ორივე ეს იზომერი პრაქტიკულად ერთნაირია და აქვთ იდენტური ფიზიკური თვისებები, ეს გამოყოფის პროცესი რთული და რთულია. განცალკევება მიღწეული იქნა მკვლევართა ამ ჯგუფის მიერ მათ მიერ შემუშავებული ელექტრული ველების მეთოდის გამოყენებით თავისუფალი ელექტრონის ლაზერული მეცნიერებისთვის. დეფლექტორი ელექტრულ ველს ატარებს ატომიზებული წყლის სხივში. ვინაიდან ორ იზომერში ბირთვული სპინის მნიშვნელოვანი განსხვავებაა, ეს ოდნავ გავლენას ახდენს ატომების ურთიერთქმედების გზაზე ამ ელექტრულ ველთან. ამიტომ, როდესაც წყალი მოძრაობს დეფლექტორში, ის იწყებს გამოყოფას ორ ფორმად ორთო- და პარა-.
მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ პარა- წყლის რეაგირებს დაახლოებით 25 პროცენტით უფრო სწრაფად, ვიდრე ორთო-წყალი და შეუძლია მიიზიდოს ა რეაქცია პარტნიორი უფრო ძლიერად. ეს ნამდვილად აიხსნება ბირთვული სპინის სხვაობით, რომელიც გავლენას ახდენს წყლის მოლეკულების ბრუნვაზე. ასევე, პარაწყლის ელექტრულ ველს შეუძლია იონების უფრო სწრაფად მიზიდვა. ჯგუფმა შემდგომში ჩაატარა წყლის მოლეკულების კომპიუტერული სიმულაციები მათი დასკვნების დასადასტურებლად. ყველა ექსპერიმენტი ჩატარდა მოლეკულებით ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე თითქმის -273 გრადუს ცელსიუსში. ეს არის მნიშვნელოვანი ფაქტორი, როგორც განმარტავენ ავტორებმა, რომ მხოლოდ ასეთ პირობებში შესაძლებელია მოლეკულების ინდივიდუალური კვანტური მდგომარეობები და ენერგეტიკული შემცველობა კარგად განისაზღვროს და უკეთ გაკონტროლდეს. რაც ნიშნავს, რომ წყლის მოლეკულა სტაბილიზდება, როგორც მისი ორი ფორმა და მათი განსხვავებები აშკარა და ნათელი ხდება. ამრიგად, ქიმიური რეაქციების გამოკვლევამ შეიძლება გამოავლინოს ძირითადი მექანიზმები და დინამიკა, რაც უკეთეს გაგებას გამოიწვევს. თუმცა, ამ კვლევის პრაქტიკული გამოყენება შესაძლოა არ იყოს ძალიან მაღალი ამ დროს.
***
{შეგიძლიათ წაიკითხოთ ორიგინალური კვლევითი ნაშრომი ციტირებულ წყარო(ებ)ის სიაში ქვემოთ მოცემულ DOI ბმულზე დაწკაპუნებით}
წყარო (ებ) ი
Kilaj A et al 2018. პარა და ორთო-წყლის სხვადასხვა რეაქტიულობაზე დაკვირვება ხაფანგში მოთავსებული დიაზენილიუმის იონების მიმართ. ბუნება კომუნიკაციების. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
