研究者たちは、2つの異なる形態がどのようにして存在するのかを初めて調査しました。 水 (オルトとパラ) は化学反応を受ける際に異なる動作をします。.
水 は化学実体、つまり単一の要素が含まれる分子です。 酸素 原子は 2 つの水素原子 (HXNUMXO) に結合しています。 水 液体、固体（氷）、気体（蒸気）として存在します。含まれていない数少ない化学物質の一つです。 カーボン 室温（約20度）でも液体です。 水 それはどこにでもあり、人生にとって重要です。分子レベルでは、日常的に 水 2 つの異なる形式で存在しますが、この情報は一般的に知られていません。これら 2 つの形式 水 異性体と呼ばれ、オルトまたはパラと呼ばれます。 水。これらの形式の主な違いは非常に微妙で、単に同じ方向または反対方向に並んだ 2 つの水素原子の核スピンの相対的な向きがその名前の由来となっています。この水素原子のスピンは原子物理学によるものですが、この現象はまだ完全には理解されていません。これら 2 つの形態は同一の物理的特性を持ち、同様に同一の化学的特性も持つはずだとこれまで考えられてきました。
で公開された最近の研究では 自然 通信によると、ハンブルクのバーゼル大学の研究者らは、これら 2 つの形態の化学反応性の違いを初めて調査しました。 水 そして、オルトフォームとパラフォームの反応が大きく異なることを証明しました。化学反応性とは、分子が化学反応を受ける方法または能力を意味します。研究には以下の分離が含まれていました 水 電界を関与させる静電偏向器を使用して、その 2 つの異性体 (オルトおよびパラ) に変換します。これらの異性体は両方とも実質的に同じであり、同じ物理的特性を持っているため、この分離プロセスは複雑で困難です。この分離は、この研究者グループが自由電子レーザー科学のために開発した電場に基づく方法を使用して達成されました。デフレクターは、霧化された水のビームに電場を導入します。 2 つの異性体の核スピンには決定的な違いがあるため、これは原子がこの電場と相互作用する方法にわずかに影響します。したがって、水がディフレクターを通過すると、オルト型とパラ型の 2 つの形態に分離し始めます。
研究者らは、次のことを実証しました。 水 オルト水よりも約 25% 早く反応し、 反応 より強くパートナー。 これは、水分子の回転に影響を与える核スピンの違いによって明確に説明されます。 また、パラウォーターの電場はイオンをより速く引き付けることができます。 このグループはさらに、水分子のコンピューターシミュレーションを実行して、その結果を裏付けました。 すべての実験は、摂氏約-273度の非常に低い温度設定の分子を使用して行われました。 このような条件でのみ、分子の個々の量子状態とエネルギー量を明確に定義し、より適切に制御できることを著者が説明しているように、これは重要な要素です。 つまり、水分子はXNUMXつの形態のいずれかとして安定し、その違いが明確になります。 したがって、化学反応を調査することで、根本的なメカニズムとダイナミクスを明らかにし、理解を深めることができます。 ただし、現時点では、この調査の実用性はそれほど高くない可能性があります。
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ソース
Kilaj A et al2018。トラップされたジアゼニリウムイオンに対するパラおよびオルト水のさまざまな反応性の観察。 ネイチャー·コミュニケーションズ。 9（1）。 https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
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