Penyelidik telah menyiasat buat kali pertama bagaimana dua bentuk berbeza air (ortho- dan para-) berkelakuan berbeza apabila menjalani tindak balas kimia.
Air ialah entiti kimia, molekul di mana satu oksigen atom dikaitkan dengan dua atom hidrogen (H2O). Air wujud sebagai cecair, pepejal (ais) dan gas (wap). Ia adalah antara beberapa bahan kimia yang tidak mengandungi karbon dan masih boleh cair pada suhu bilik (kira-kira 20 darjah). Air ada di mana-mana dan penting untuk kehidupan. Pada peringkat molekul diketahui bahawa setiap hari air wujud dalam dua bentuk berbeza tetapi maklumat ini bukan pengetahuan umum. Kedua-dua bentuk ini air dipanggil isomer dan dirujuk sebagai orto- atau para- air. Perbezaan utama antara bentuk ini adalah sangat halus dan hanyalah orientasi relatif putaran nuklear dua atom hidrogen yang diselaraskan sama ada dalam arah yang sama atau bertentangan, oleh itu namanya. Putaran atom hidrogen ini disebabkan oleh fizik atom walaupun fenomena ini belum difahami sepenuhnya. Kedua-dua bentuk ini mempunyai sifat fizik yang sama dan setakat ini dipercayai bahawa mereka juga sepatutnya mempunyai sifat kimia yang sama.
Dalam kajian terbaru yang diterbitkan dalam Alam Komunikasi, penyelidik dari Universiti Basel, Hamburg buat pertama kalinya menyiasat perbezaan kereaktifan kimia kedua-dua bentuk ini. air dan telah membuktikan bahawa bentuk orto dan para- bertindak balas dengan sangat berbeza. Kereaktifan kimia bermaksud cara atau keupayaan molekul mengalami tindak balas kimia. Kajian itu melibatkan pengasingan air ke dalam dua bentuk isomernya (orto- dan para-) menggunakan pemesong elektrostatik dengan melibatkan medan elektrik. Oleh kerana kedua-dua isomer ini boleh dikatakan sama dan mempunyai sifat fizikal yang sama, proses pemisahan ini adalah kompleks dan mencabar. Pemisahan itu dicapai oleh kumpulan penyelidik ini dengan menggunakan kaedah berasaskan medan elektrik yang dibangunkan oleh mereka untuk Sains Laser Elektron Bebas. Deflektor memperkenalkan medan elektrik kepada pancaran air yang diatomkan. Oleh kerana terdapat perbezaan penting dalam putaran nuklear dalam kedua-dua isomer, ini sedikit memberi kesan kepada cara atom berinteraksi dengan medan elektrik ini. Oleh itu, apabila air bergerak melalui pemesong ia mula memisahkan kepada dua bentuk orto- dan para-.
Penyelidik telah menunjukkan bahawa para- air bertindak balas sekitar 25 peratus lebih cepat daripada air orto dan ia mampu menarik a tindak balas pasangan dengan lebih kuat. Ini jelas dijelaskan oleh perbezaan putaran nuklear yang mempengaruhi putaran molekul air. Juga, medan elektrik para-air mampu menarik ion lebih cepat. Kumpulan itu selanjutnya melakukan simulasi komputer molekul air untuk menyokong penemuan mereka. Semua eksperimen dilakukan dengan molekul dalam tetapan suhu yang sangat rendah hampir -273 darjah Celsius. Ini adalah faktor penting seperti yang dijelaskan oleh pengarang bahawa hanya dalam keadaan sedemikian keadaan kuantum individu dan kandungan tenaga molekul boleh ditakrifkan dengan baik dan dikawal dengan lebih baik. Ini bermakna molekul air menjadi stabil sebagai salah satu daripada dua bentuknya dan perbezaannya menjadi jelas dan jelas. Oleh itu, menyiasat tindak balas kimia kemudiannya boleh mendedahkan mekanisme dan dinamik asas yang membawa kepada pemahaman yang lebih baik. Walau bagaimanapun, penggunaan praktikal kajian ini mungkin tidak begitu tinggi pada masa ini.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Kilaj A et al 2018. Pemerhatian kereaktifan berbeza para dan air orto terhadap ion diazenylium yang terperangkap. Alam Komunikasi. 9(1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
