Molekul air wujud dalam dua bentuk berbeza dengan sifat fizikal hampir sama.

Molekul air wujud dalam dua bentuk berbeza dengan sifat fizikal hampir sama. Untuk pertama kalinya, para penyelidik telah berjaya memisahkan dua bentuk untuk menunjukkan bahawa mereka dapat memperlihatkan reaktiviti kimia yang berlainan. Hasil ini dilaporkan oleh para penyelidik dari University of Basel dan rekan-rekannya di Hamburg dalam jurnal ilmiah Nature Communications.

Dari perspektif kimia, air adalah molekul di mana satu atom oksigen dikaitkan dengan dua atom hidrogen. Tidak diketahui dengan jelas bahawa air wujud dalam dua bentuk berbeza (isomer) pada tahap molekul. Perbezaannya terletak pada orientasi relatif putaran nuklear kedua-dua atom hidrogen. Bergantung kepada sama ada putaran itu sejajar dengan arah yang sama atau bertentangan, satu merujuk kepada ortho- atau para-air.

Eksperimen dengan molekul air yang disusun

Kumpulan penyelidikan yang diketuai oleh Profesor Stefan Willitsch dari Jabatan Kimia Universiti Basel telah menyiasat bagaimana kedua-dua bentuk air berbeza dari segi reaktiviti kimia mereka - kemampuan mereka untuk menjalani tindak balas kimia. Kedua-dua isomer mempunyai ciri-ciri fizikal hampir sama sekali yang menjadikan pemisahan mereka sangat mencabar.

Pemisahan ini dibuat dengan kaedah berdasarkan medan elektrik yang dikembangkan oleh Profesor Jochen Küpper dari Pusat Penyelidikan Laser Pusat Elektron Bebas Hamburg. Dengan menggunakan pendekatan ini, penyelidik dapat memulakan reaksi terkawal antara isomer air "pre-sorted" dan ion diazenylium ultracold ("nitrogen protonasi") yang diadakan dalam perangkap. Semasa proses ini, ion diazenylium memindahkan protonnya ke dalam molekul air. Tindak balas ini juga diperhatikan dalam kimia ruang interstellar.

Kereaktifan meningkat

Ia menunjukkan bahawa para-air bertindak balas kira-kira 25% lebih cepat daripada air orto. Kesan ini boleh dijelaskan dari segi spin nuklear juga mempengaruhi putaran molekul air. Akibatnya, daya tarikan yang berlainan berbeza bertindak di antara rakan reaksi. Para-air dapat menarik pasangan reaksinya lebih kuat daripada bentuk orto, yang membawa kepada peningkatan reaktif kimia. Simulasi komputer mengesahkan penemuan percubaan ini.

Dalam eksperimen mereka, penyelidik bekerja dengan molekul pada suhu yang sangat rendah berhampiran dengan titik sifar mutlak (kira-kira -273 ° C). Ini adalah keadaan ideal untuk mempersiapkan keadaan kuantum individu dan menentukan kandungan tenaga molekul, dan menyebabkan reaksi terkawal di antara mereka. Willitsch menerangkan pendekatan percubaan: "Yang lebih baik dapat mengawal keadaan molekul yang terlibat dalam reaksi kimia, semakin baik mekanisme dan dinamika reaksi yang lebih baik dapat diselidiki dan difahami."