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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 (邻位和对位)在进行化学反应时表现不同.

是一个化学实体,一个分子,其中单个 氧气 原子与两个氢原子(H2O)相连。 以液体、固体(冰)和气体(蒸气)的形式存在。它是少数不含化学物质的化学物质之一 在室温(约20度)下仍可为液体。 对生活来说无处不在且重要。在分子水平上,众所周知,每天 以两种不同的形式存在,但这些信息并不是众所周知的。这两种形式的 称为异构体,称为邻位或对位 。这些形式之间的主要区别非常微妙,只是两个氢原子核自旋的相对方向,它们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造成的,尽管这种现象尚未完全理解。这两种形式具有相同的物理性质,并且迄今为止人们相信它们也应该具有相同的化学性质。

在最近发表的一项研究中 自然 通讯方面,来自汉堡巴塞尔大学的研究人员首次研究了这两种形式的化学反应性差异。 并已证明邻位和多位形式的反应非常不同。化学反应性是指分子进行化学反应的方式或能力。该研究涉及分离 使用静电偏转器通过电场将其分成两种异构形式(邻位和对位)。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。偏转器将电场引入雾化水束。由于两种异构体的核自旋存在重大差异,这会稍微影响原子与电场相互作用的方式。因此,当水流过偏转器时,它开始分离成邻位和对位两种形式。

研究人员已经证明,对 反应速度比原水快约 25%,并且能够吸引 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

赛欧团队
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