Su, Sudan Farklıdır: İki Farklı Form
Fotoğraf: Farklı yönlendirilmiş nükleer spinler (mavi veya kırmızı oklar) ile önceden sınıflandırılmış orto- ve para- su molekülleri farklı hızlarda diazenylium iyonları (orta sol) ile reaksiyona girer.
Su molekülleri neredeyse birbirinin aynısı fiziksel özelliklere sahip iki farklı biçimde bulunur. Araştırmacılar ilk defa, farklı kimyasal reaktiviteler sergileyebileceklerini göstermek üzere iki formu ayırmada başarı oldular. Bu sonuçlar Basel Üniversitesi’nden araştırmacılar ve Hamburg’daki meslektaşları tarafından Nature Communications adlı bilimsel dergide rapor edildi.
Kimyasal açıdan bakıldığında, su, tek bir oksijen atomunun iki hidrojen atomuna bağlı olduğu bir moleküldür. Suyun moleküler seviyede iki farklı formda (izomerler) mevcut olduğu daha az bilinir. Aralarındaki fark ise, iki hidrojen atomunun nükleer spinlerinin göreceli yönlendirilmesinde yatmaktadır. Dönüşlerin aynı veya ters yönde hizalanmasına bağlı olarak, orto- ya da para-suya ait olur.
Sınıflandırılmış Su Molekülleri ile Deneyler
Basel Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Profesör Stefan Willitsch tarafından yönetilen araştırma grubu, iki farklı su formunun kimyasal reaktivite (kimyasal reaksiyona girme yeteneği) açısından ne kadar farklı olduklarını araştırdı. Her iki izomer, ayrılmalarını özellikle zorlaştıran neredeyse aynı fiziksel özelliklere sahipler.
Bu ayrılma, Hamburg Serbest Elektron Lazer Bilimi Merkezi’nden Profesör Jochen Küpper tarafından geliştirilen elektrik alanlarına dayanan bir yöntemle mümkün hale geldi. Bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar, bir tuzakta tutulan “önceden sınıflandırılmış” su izomerleri ve ultra soğuk diazenylium iyonları (“protonlanmış nitrojen”) arasında kontrollü reaksiyonlar başlatabildi. Bu süreçte bir diazenylium iyonu, protonunu bir su molekülüne aktarır. Bu reaksiyon, yıldızlararası uzayın kimyasında da gözlenir.
Artan Reaktivite
Para-su molekülünün, orto-su molekülüne göre yaklaşık %25 daha hızlı reaksiyon gösterdiği kanıtlanmıştır. Bu etki, su moleküllerinin dönüşünü de etkileyen nükleer spin açısından açıklanabilir. Sonuç olarak, reaksiyon partnerleri arasında farklı çekim kuvvetleri rol oynar. Para-su molekülü, reaksiyon partnerini orto-formdan daha güçlü bir şekilde çekebilir ve bu da artan kimyasal reaktiviteye yol açar. Bilgisayar simülasyonları bu deneysel bulguları doğruladı.
Araştırmacılar, deneylerinde moleküller ile mutlak sıfır noktasına yakın çok düşük sıcaklıklarda çalıştılar (yaklaşık -273 ° C). Bunlar, birbirinden ayrı kuantum durumlarını hassas bir şekilde hazırlamak ve moleküllerin enerji içeriğini tanımlamak ve bunlar arasında kontrollü bir reaksiyona neden olmak için ideal koşullardır. Willitsch deneysel yaklaşımı şöyle açıklıyor: “Kimyasal tepkimede yer alan moleküllerin durumları ne kadar iyi olursa, bir tepkimenin altında yatan mekanizmalar ve dinamikler o kadar iyi araştırılabilir ve anlaşılabilir.”
Kaynak: sciencedaily.com
