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日常水的两种异构形式表现出不同的反应速率

科学CHEMISTRY日常水的两种异构形式表现出不同的反应速率

研究人员首次研究了两种不同形式的水(邻位水和对位水)在发生化学反应时如何表现不同.

水是一种化学实体,一种分子,其中单个 氧气 原子与两个 加氢 原子 (H2O)。 水以液体、固体(冰)和气体(蒸气)的形式存在。 它是少数不含的化学物质之一 并且在室温下(大约 20 度)仍然可以是液体。 水无处不在,对生命很重要。 在分子水平上,众所周知,日常水以两种不同的形式存在,但这一信息并不为人所知。 这两种形式的水称为异构体,称为邻水或对水。 这些形式之间的主要区别非常微妙,仅仅是两个氢原子核自旋的相对方向,这两个氢原子以相同或相反的方向排列,因此得名。 氢原子的这种自旋是由于原子物理学,尽管这种现象尚未完全了解。 这两种形式具有相同的物理特性,并且迄今为止人们认为它们也应该具有相同的化学特性。

在最近发表的一项研究中 自然 来自汉堡巴塞尔大学的研究人员首次调查了这两种水的化学反应性差异,并证明了正和反的反应非常不同。 化学反应性是指分子进行化学反应的方式或能力。 该研究涉及将水分离成两种 异构体 通过涉及电场使用静电偏转器形成(正交和对位)。 由于这两种异构体实际上相同并且具有相同的物理性质,因此这种分离过程复杂且具有挑战性。 这组研究人员通过使用他们为自由电子激光科学开发的基于电场的方法实现了分离。 偏转器将电场引入一束雾化水。 由于两种异构体的核自旋存在显着差异,这会略微影响原子与该电场相互作用的方式。 因此,当水流过导流板时,它开始分离成邻位和对位两种形式。

研究人员已经证明,副水的反应比原水快 25% 左右,并且能够吸引到 反应 伙伴更强烈。 这肯定是通过影响水分子旋转的核自旋的差异来解释的。 此外,对水的电场能够更快地吸引离子。 该小组进一步对水分子进行了计算机模拟,以证实他们的发现。 所有实验都是在接近 -273 摄氏度的极低温度设置下对分子进行的。 正如作者所解释的那样,这是一个重要因素,只有在这种条件下,才能很好地定义和更好地控制分子的各个量子态和能量含量。 这意味着水分子以其两种形式中的任何一种形式稳定下来,它们的差异变得明显和清晰。 因此,研究化学反应可以揭示潜在的机制和动力学,从而更好地理解。 然而,目前这项研究的实际用途可能不是很高。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Kilaj A 等人 2018 年。观察对位水和原水对捕获的二氮烯离子的不同反应性。 自然通讯. 9(1)。 https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3

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