Cząsteczki wody składają się z atomu tlenu połączonego z dwoma atomami wodoru. Mimo, że pod tym względem wszystkie są identyczne, to cząsteczki te mogą występować w dwóch formach.

W cząsteczkach orto-wody spiny jąder atomów wodoru są ustawione w tym samym kierunku, w cząsteczkach para-wody – w przeciwnym. Oba typy wody mają jednak niemal identyczne właściwości fizyczne, więc ich rozdzielenie jest niezwykle trudne.

Na łamach „Nature Communications” (doi: 10.1038/s41467-018-04483-3), zespół z Uniwersytetu w Bazylei z kolegami z Hamburga opisał eksperyment, w którym po praz pierwszy udało się odseparować od siebie dwa rodzaje wody.

Badaczom udało się to osiągnąć z pomocą metody wykorzystującej pola elektryczne, opracowanej w Centrum Wolnych Elektronów i Nauk Laserowych w Hamburgu.

Co więcej, nowa metoda pozwoliła także na sprawdzenie różnic w chemicznych właściwościach dwóch typów wody.

W temperaturze bliskiej absolutnego zera (czyli -273 st. C) badacze poddali wodę reakcji z jonami diazenylium (dwa atomy azotu połączone z atomem tlenu). Podobne reakcje, jak tłumaczą autorzy doświadczenia, były już obserwowane w przestrzeni międzygwiezdnej.

Tak niska temperatura pozwoliła na kontrolę stanów kwantowych cząsteczek i ich energii, co miało podstawowe znaczenie dla eksperymentu.

„Im dokładniej możemy kontrolować stany cząsteczek uczestniczących w reakcji chemicznej, tym lepiej może zostać zbadany i zrozumiany mechanizm stojący za tą reakcją” - tłumaczy prof. Stefan Willitsch z Uniwersytetu w Bazylei.

Okazało się, że dwa rodzaje wody reagowały z różną prędkością. Para-woda wchodziła w reakcję aż 25 proc. szybciej.

Badacze tłumaczą tę różnicę tym, że spiny jąder atomów wodoru wpływają na rotację całej cząsteczki wody. W rezultacie mają też wpływ na przyciąganie cząsteczek, z którymi woda reaguje. W para-wodzie jest ono silniejsze niż w orto-wodzie, co skutkuje silniejszą reaktywnością.

Wyniki eksperymentalne zostały potwierdzone przez komputerową symulację. (PAP)

mat/ zan/