قام الباحثون بالتحقيق لأول مرة في كيفية وجود شكلين مختلفين من ماء (ortho- وpara-) تتصرف بشكل مختلف عند خضوعها للتفاعلات الكيميائية.
مياه هو كيان كيميائي، وهو جزيء واحد أكسجين ترتبط الذرة بذرتي هيدروجين (H2O). مياه يوجد على شكل سائل، وصلب (ثلج)، وغاز (أبخرة). وهو من بين المواد الكيميائية القليلة التي لا تحتوي عليها كربون ولا يزال من الممكن أن يكون سائلاً في درجة حرارة الغرفة (حوالي 20 درجة). مياه موجود في كل مكان ومهم للحياة. ومن المعروف على المستوى الجزيئي أن كل يوم ماء توجد في شكلين مختلفين ولكن هذه المعلومات ليست معروفة للجميع. هذين الشكلين من ماء تسمى الأيزومرات ويشار إليها باسم ortho- أو para- ماء. الفرق الرئيسي بين هذه الأشكال دقيق للغاية وهو ببساطة الاتجاه النسبي للدوران النووي لذرتي الهيدروجين المصطفتين إما في نفس الاتجاه أو في الاتجاه المعاكس، ومن هنا جاءت أسماؤهما. هذا الدوران لذرات الهيدروجين يرجع إلى الفيزياء الذرية على الرغم من أن هذه الظاهرة لم يتم فهمها بالكامل بعد. هذين الشكلين لهما خصائص فيزيائية متطابقة، ويُعتقد حتى الآن أنه يجب أن يكون لهما أيضًا خصائص كيميائية متطابقة.
في دراسة حديثة نشرت في الطبيعة الاتصالات، قام باحثون من جامعة بازل، هامبورغ لأول مرة بدراسة الفرق في التفاعل الكيميائي لهذين الشكلين من ماء وأثبتوا أن ortho- وpara-forms يتفاعلون بشكل مختلف تمامًا. التفاعل الكيميائي يعني الطريقة أو القدرة التي يخضع بها الجزيء للتفاعل الكيميائي. وشملت الدراسة فصل ماء في شكليه المتصاوغين (أورثو وشبه) باستخدام منحرف إلكتروستاتيكي عن طريق إشراك المجالات الكهربائية. ونظرًا لأن هذين الأيزومرين متماثلان عمليًا ولهما خصائص فيزيائية متطابقة، فإن عملية الفصل هذه معقدة وصعبة. تم تحقيق الفصل من قبل هذه المجموعة من الباحثين باستخدام طريقة تعتمد على المجالات الكهربائية التي طوروها لعلوم الليزر بالإلكترون الحر. يقدم المنحرف مجالًا كهربائيًا إلى شعاع من الماء المذرى. نظرًا لوجود اختلاف حاسم في الدوران النووي بين الأيزومرين، فإن هذا يؤثر قليلاً على الطريقة التي تتفاعل بها الذرات مع هذا المجال الكهربائي. لذلك، عندما ينتقل الماء عبر العاكس، فإنه يبدأ بالانفصال إلى شكلين أورثو وشبه.
وقد أثبت الباحثون أن الفقرة ماء يتفاعل بشكل أسرع بنسبة 25 بالمائة تقريبًا من ماء أورثو وهو قادر على جذب أ رد فعل شريك بقوة أكبر. يفسر هذا بالتأكيد من خلال الاختلاف في الدوران النووي الذي يؤثر على دوران جزيئات الماء. كما أن المجال الكهربائي للبارا ماء قادر على جذب الأيونات بشكل أسرع. كما أجرت المجموعة عمليات محاكاة حاسوبية لجزيئات الماء لتأكيد النتائج التي توصلوا إليها. أجريت جميع التجارب على الجزيئات في درجات حرارة منخفضة جدًا تقريبًا -273 درجة مئوية. هذا عامل مهم كما أوضح المؤلفون أنه في مثل هذه الظروف فقط يمكن تحديد الحالات الكمومية الفردية ومحتوى الطاقة للجزيئات بشكل جيد والتحكم فيها بشكل أفضل. مما يعني أن جزيء الماء يستقر كأحد شكليه وتصبح الاختلافات بينهما واضحة وواضحة. وبالتالي ، يمكن أن يكشف التحقيق في التفاعلات الكيميائية عن الآليات والديناميكيات الأساسية التي تؤدي إلى فهم أفضل. ومع ذلك ، قد لا يكون الاستخدام العملي لهذه الدراسة مرتفعًا جدًا في هذا الوقت.
***
المصدر (ق)
Kilaj A et al 2018. مراقبة التفاعلات المختلفة للبارا ومياه أورثو تجاه أيونات الديازينيليوم المحاصرة. طبيعة الاتصالات. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
***
