Υπάρχουν δύο είδη νερού σε κάθε γυαλί, χάρη στην Κβαντική Φυσική

Σε κάθε ποτήρι νερό που πίνετε, υπάρχουν δύο είδη H2O. Και οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι έχουν σημαντικά διαφορετικές χημικές ιδιότητες.

Όλα τα μόρια νερού είναι κατασκευασμένα από ένα μοναδικό ογκώδες άτομο οξυγόνου και δύο μικρότερα άτομα υδρογόνου, κολλημένα σε γωνίες όπως τα αυτιά του Mickey Mouse. Αλλά αυτά τα άτομα υδρογόνου μπορούν να ταξινομηθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους, με βάση την κβαντική περιστροφή τους. (Το Spin είναι ένα χαρακτηριστικό κβαντικών σωματιδίων που είναι λίγο σαν πραγματικές σφαίρες, αλλά περιλαμβάνει επιπλέον διαστάσεις και μπορεί να έχει μόνο μία από τις λίγες διακριτές ορμές.) Στο πρώτο είδος νερού, που ονομάζεται "ortho-water", και τα δύο υδρογόνα στρέφονται την ίδια κατεύθυνση. Στο δεύτερο είδος νερού, που ονομάζεται "para-water", τα άτομα υδρογόνου στρέφονται προς διαφορετικές κατευθύνσεις.

Η περιστροφή συνήθως επηρεάζει τη συμπεριφορά των σωματιδίων μόνο στην κβαντική κλίμακα των λεπτών, η οποία έχει αποτρέψει εδώ και καιρό τους επιστήμονες από το διαχωρισμό τους για πειράματα. [Η εκπληκτικά περίεργη φυσική του νερού]

Αυτό το πείραμα εκμεταλλεύτηκε την "πολική" φύση του νερού. Λόγω του περίεργου νερού, το ασύρματο σχήμα του Mickey Mouse, τα ηλεκτρόνια ρέουν άνισα πάνω από την επιφάνεια του. Έτσι, η μία πλευρά ενός μορίου νερού είναι θετικά φορτισμένη και η άλλη είναι αρνητικά φορτισμένη, ακόμα και όταν το μόριο έχει συνολικά ουδέτερο φορτίο.

Οι ερευνητές πυροβόλησαν μια δέσμη μορίων νερού μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου που συντονίζεται για να ωθήσει λίγο διαφορετικά τόσο στα πολικά μόρια ορθο-ύδατος όσο και στα πολικά μόρια παρα-ύδατος, έτσι ώστε να συντρίβονται σε διαφορετικούς μικρούς κάδους στο τέλος της διαδρομής της δέσμης.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εκθέτουν κάθε κάδο σε υπερψυχθέντα μόρια diazenylium - το καθένα αποτελείται από δύο άτομα αζώτου (από μόνα τους, ένα κανονικό μόριο αζώτου) και ένα επιπλέον πρωτόνιο (επίσης γνωστό ως πρωτόνιο χωρίς ηλεκτρόνια). Το Diazenylium αντιδρά με νερό για να δώσει το επιπλέον πρωτόνιο του στο μόριο του νερού, σχηματίζοντας H3O +.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το para-water αντιδρά 25% ταχύτερα με το diazenylium από ό, τι το ορθό-νερό, πιθανότατα εξαιτίας διαφορών στο πώς οι περιστροφές επηρεάζουν την έλξη μεταξύ διαφορετικών μορίων.

"Από τη δική μας γνώση, η παρούσα μελέτη είναι η πρώτη στην οποία τα πολυατομικά ουδέτερα μόρια (όπως το νερό) που έχουν επιλεγεί από περιστροφική κατάσταση έχουν αντιδράσει με ιόντα", ανέφερε η ομάδα του Πανεπιστημίου της Βασιλείας στην Ελβετία στο δημοσίευμα που δημοσίευσε την Τρίτη (29 Μαΐου) στο Nature Communications.

Αυτό το πείραμα, έγραψε, αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του πώς μια αφηρημένη φυσική αντίληψη όπως η κβαντική περιστροφή επηρεάζει τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν γύρω μας, συμπεριλαμβανομένου και του σώματος μας.