Обычная вода существует в двух разных формах — изомерах

Москва, 17:09, 21 Июл 2018, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Всем известно, что вода является молекулой, в которой один атом кислорода связан с двумя атомами водорода — Н20.

Но история с водой становится тем более научно интересной, чем глубже вы в нее погружаетесь. Вода действительно существует в двух разных формах, называемых изомерами, на молекулярном уровне.

У них почти одинаковые физические свойства, и вы не можете ощутить разницы, но химики в состоянии отличить их по относительной ориентации ядерных спинов двух атомов водорода. Они называются орто- или пара-водой в зависимости от того, выравнены ли спины в том же или противоположном направлении.

Предварительно отсортированные молекулы орто-воды и пара-воды с разным ориентированным ядерным спином (синие или красные стрелки) реагируют с ионами диазенилия (в центре слева) с разной скоростью. Иллюстрация: Университет Базеля

Как они действительно отличаются?

В недавнем эксперименте разделение стало возможным благодаря методу, основанному на электрических полях. Исследователи смогли инициировать контролируемые реакции между «предварительно отсортированными» водными изомерами и ультрахолодными ионами диазенилия («протонированный азот»), удерживаемыми в ловушке. Во время этого процесса ион диазенилия переносит свой протон на молекулу воды.

Интересный факт: эта реакция также наблюдается в химии межзвездного пространства.

В своих экспериментах исследователи работали с молекулами при очень низких температурах, близких к точке абсолютного нуля (около -273 ° C). Это идеальные условия, чтобы точно подготовить отдельные квантовые состояния, определить энергетическое содержание молекул и вызвать контролируемую реакцию между ними.

Ученые обнаружили, что пара-вода реагирует примерно на 25% быстрее, чем орто-вода, что можно объяснить с точки зрения ядерного спина, также влияющего на вращение молекул воды. В результате между партнерами по реакции действуют разные силы притяжения. Пара-вода способна привлекать своего реакционного партнера сильнее, чем орто-форма, что приводит к повышенной химической реактивности.

Таким образом, производителям газировки можно утверждать, что они продают разные типы воды, и что пара-вода значительно превосходит орто-воду, а поэтому за нее нужно платить больше, но это не имеет для обычного человека ни малейшего практического значения.