Հետազոտողները առաջին անգամ ուսումնասիրել են, թե ինչպես են երկու տարբեր ձևերը ջուր (օրտո- և պարա-) տարբեր կերպ են վարվում քիմիական ռեակցիաների ժամանակ.
Ջուր քիմիական էություն է, մոլեկուլ, որում մի թթվածին ատոմը կապված է ջրածնի երկու ատոմների հետ (H2O): Ջուր գոյություն ունի հեղուկ, պինդ (սառույց) և գազային (գոլորշիների) տեսքով։ Այն սակավաթիվ քիմիական նյութերից է, որոնք չեն պարունակում բնածուխ և դեռ կարող է հեղուկ լինել սենյակային ջերմաստիճանում (մոտ 20 աստիճան): Ջուր ամենուր տարածված է և կարևոր կյանքի համար: Մոլեկուլային մակարդակում քաջ հայտնի է, որ առօրյա ջուր գոյություն ունի երկու տարբեր ձևերով, բայց այս տեղեկատվությունը տարածված չէ: Այս երկու ձևերը ջուր կոչվում են իզոմերներ և կոչվում են օրթո- կամ պարա- ջուր. Այս ձևերի միջև հիմնական տարբերությունը շատ նուրբ է և պարզապես ջրածնի երկու ատոմների միջուկային պտույտների հարաբերական կողմնորոշումն է, որոնք հավասարեցված են նույն կամ հակառակ ուղղությամբ, հետևաբար նրանց անունները: Ջրածնի ատոմների այս պտույտը պայմանավորված է ատոմային ֆիզիկայով, թեև այս երևույթը դեռ լիովին հասկանալի չէ: Այս երկու ձևերն ունեն նույնական ֆիզիկական հատկություններ, և մինչ այժմ ենթադրվում էր, որ նրանք նույնպես պետք է ունենան նույնական քիմիական հատկություններ:
-Ին հրապարակված վերջին ուսումնասիրության մեջ բնություն Համբուրգի Բազելի համալսարանի գիտնականները առաջին անգամ ուսումնասիրել են այս երկու ձևերի քիմիական ռեակտիվության տարբերությունը։ ջուր և ապացուցել են, որ օրթո- և պարա- ձևերը շատ տարբեր են արձագանքում: Քիմիական ռեակտիվություն նշանակում է եղանակ կամ կարողություն, որով մոլեկուլը ենթարկվում է քիմիական ռեակցիայի: Ուսումնասիրությունը ներառում էր տարանջատում ջուր իր երկու իզոմերային ձևերի (օրթո- և պարա-) ձևերի՝ օգտագործելով էլեկտրաստատիկ դեֆլեկտոր՝ ներգրավելով էլեկտրական դաշտերը: Քանի որ այս երկու իզոմերներն էլ գործնականում նույնն են և ունեն նույնական ֆիզիկական հատկություններ, այս տարանջատման գործընթացը բարդ և դժվար է: Տարանջատումը ձեռք է բերվել հետազոտողների այս խմբի կողմից՝ օգտագործելով էլեկտրական դաշտերի վրա հիմնված մեթոդ, որը մշակվել է նրանց կողմից Ազատ էլեկտրոն լազերային գիտության համար: Դեֆլեկտորը էլեկտրական դաշտ է հաղորդում ատոմացված ջրի ճառագայթին: Քանի որ երկու իզոմերներում միջուկային սպինում էական տարբերություն կա, սա փոքր-ինչ ազդում է այն ձևի վրա, որով ատոմները փոխազդում են այս էլեկտրական դաշտի հետ: Հետևաբար, երբ ջուրը շարժվում է դեֆլեկտորի միջով, այն սկսում է բաժանվել իր երկու ձևերի՝ օրթո- և պարա-:
Հետազոտողները ապացուցել են, որ պարա- ջուր արձագանքում է մոտ 25 տոկոսով ավելի արագ, քան օրթո-ջուրը և կարող է գրավել ա ռեակցիա ավելի ուժեղ գործընկեր. Սա միանշանակ բացատրվում է միջուկային պտույտի տարբերությամբ, որն ազդում է ջրի մոլեկուլների պտույտի վրա: Բացի այդ, պարաջրի էլեկտրական դաշտն ավելի արագ կարող է գրավել իոնները: Խումբը հետագայում իրականացրեց ջրի մոլեկուլների համակարգչային սիմուլյացիաներ՝ իրենց բացահայտումները հաստատելու համար: Բոլոր փորձերն արվել են մոլեկուլների հետ շատ ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում՝ գրեթե -273 աստիճան Ցելսիուս: Սա կարևոր գործոն է, ինչպես բացատրում են հեղինակները, որ միայն նման պայմաններում մոլեկուլների առանձին քվանտային վիճակները և էներգիայի պարունակությունը կարող են լավ սահմանվել և ավելի լավ վերահսկվել: Սա նշանակում է, որ ջրի մոլեկուլը կայունանում է իր երկու ձևերից որևէ մեկի հետ, և դրանց տարբերությունները դառնում են ակնհայտ և պարզ: Այսպիսով, քիմիական ռեակցիաների ուսումնասիրությունը կարող է այնուհետև բացահայտել հիմքում ընկած մեխանիզմներն ու դինամիկան, որոնք տանում են դեպի ավելի լավ պատկերացում: Այնուամենայնիվ, այս ուսումնասիրության գործնական օգտագործումը այս պահին կարող է շատ բարձր լինել:
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
Kilaj A et al 2018. Դիազենիլիումի թակարդում գտնվող իոնների նկատմամբ պարա և օրթո-ջրի տարբեր ռեակտիվությունների դիտարկում: Բնություն Communications. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
