पानी: यह स्पिन पर निर्भर करता है

हाइड्रोजन स्पिन का संरेखण H2O अणुओं के प्रतिक्रिया व्यवहार को प्रभावित करता है

पानी के अणु दो प्रकारों में मौजूद होते हैं: अपने हाइड्रोजन परमाणुओं के सममित मोर्चे के साथ या असममित लोगों के साथ। © एचजी: मैकवे / थिंकस्टॉक
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पानी सिर्फ पानी नहीं है: सभी पानी के अणु प्रतिक्रिया पार्टनर के साथ समान रूप से अच्छी तरह से और तेजी से प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। इसके बजाय, यह एच 2 ओ अणु में हाइड्रोजन स्पिनों की समरूपता पर निर्भर करता है, जैसा कि जर्मन शोधकर्ताओं द्वारा एक प्रयोग से पता चला है। इस प्रकार, पानी के अणु एक साथी के साथ तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं जब स्पिन अपने हाइड्रोजन परमाणुओं के विपरीत दिशाओं में इंगित करते हैं। "नेचर कम्युनिकेशंस" पत्रिका के शोधकर्ताओं के अनुसार, दो वाटर आइसोमर्स उनकी रासायनिक प्रतिक्रिया में भी भिन्न होते हैं।

जैसा कि सर्वव्यापी और "सामान्य" जैसा कि पानी हमें दिखाई देता है, H2O अणु रासायनिक-भौतिक दृष्टिकोण से इतना असामान्य है। इसकी ख़ासियत में इसका पृथक्करण भी शामिल है, लेकिन पानी का घनत्व विसंगति भी है - ठंड होने पर पानी की बर्फ का विस्तार। लेकिन इससे भी अधिक अजीब बात यह है कि तरल पानी में पानी के अणुओं की व्यवस्था है: वे बनाते हैं - हमारे लिए अदृश्य - यहां तक ​​कि दो अलग-अलग प्रकार के पानी।

यह स्पिन पर निर्भर करता है

परमाणु स्तर पर, पानी भी पानी के बराबर नहीं होता है: कुछ H2O अणुओं में, हाइड्रोजन परमाणुओं के स्पिन एक ही दिशा में इंगित करते हैं, जिसे ऑर्थो-वॉटर कहा जाता है। तथाकथित पैरा-पानी में, हालांकि, हाइड्रोजन स्प्रिंग्स विपरीत रूप से उन्मुख हैं। पानी के दोनों आइसोमर्स एक साथ होते हैं और एक दूसरे के साथ संतुलन में होते हैं।

समस्या: क्योंकि दोनों एच 2 ओ आइसोमर्स में लगभग समान भौतिक गुण हैं, उन्हें अलग करना बेहद मुश्किल है। यह, बदले में, यह निर्धारित करना मुश्किल बनाता है कि उनकी उपस्थिति रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कैसे और कैसे प्रभावित करती है। "सवाल यह है कि क्या पैरा और ऑर्थो-पानी एक अलग रासायनिक व्यवहार दिखाते हैं, " बासेल और उनके सहयोगियों के विश्वविद्यालय से अर्दिता किलाज को समझाते हैं।

प्रयोग की योजना © किलाज एट अल / नेचर कम्युनिकेशंस, सीसी-बाय-सा 4.0

सॉर्ट किए गए पानी के आइसोमर्स

यह पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले एक ऐसी विधि को परिष्कृत किया जिसका उपयोग दो पानी के आइसोमर्स को अलग करने के लिए किया जा सकता है। ऐसा करने में, एक निर्वात कक्ष में अत्यंत ठंडा पानी के अणुओं का एक जेट एक विद्युत क्षेत्र से होकर गुजरता है। हाइड्रोजन परमाणुओं के स्पिन समरूपता के आधार पर, एच 2 ओ अणुओं को थोड़ा अलग कोण पर विक्षेपित किया जाता है separate आइसोमर्स दो अलग-अलग बीम बनाते हैं। प्रदर्शन

इन "पहले से छांटे गए" आणविक किरणों ने वैज्ञानिकों को एक आयन जाल में ले लिया, जिसमें ऑर्थो और पैरा पानी में से प्रत्येक ने अल्ट्राकोल्ड डियाजेनिलियम आयनों (एन 2 एच +) के साथ प्रतिक्रिया की, जहां एक डायजेनियम आयन आयन को प्रसारित करता है एक पानी के अणु पर हाइड्रोजन नाभिक इस प्रतिक्रिया को अंतरिक्ष के रसायन विज्ञान से भी जाना जाता है।

पानी-पानी तेज है

वास्तव में, शोधकर्ताओं ने दो वॉटर आइसोमर्स के बीच अंतर दर्ज किया: पैरा-पानी ने ऑर्थो-वॉटर की तुलना में लगभग 23 प्रतिशत तेजी से प्रतिक्रिया की। इसके अलावा, अतिरिक्त मॉडल की गणना से पता चला है कि इस प्रतिक्रिया में अणुओं की ऊर्जा घटता पैरा-पानी की तुलना में ऑर्थो-पानी के साथ धीरे-धीरे कम हो गई, जैसा कि किलाज और उनके सहयोगियों की रिपोर्ट है।

लेकिन क्यों? जवाब एक भौतिक मॉडल था। तदनुसार, दो हाइड्रोजन परमाणुओं का परमाणु स्पिन कुल अणु के कोणीय गति को भी निर्धारित करता है। यह, बदले में, प्रभावित करता है कि एच 2 ओ और प्रतिक्रिया पार्टनर डियाज़ेनिलियम कैसे मिलते हैं और उनके बीच आकर्षण के विभिन्न स्तरों की ओर जाता है, जैसा कि शोधकर्ता बताते हैं। पैरा-पानी अपने अभिकर्मकों को ऑर्थो-फॉर्म की तुलना में अधिक दृढ़ता से आकर्षित करने में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक प्रतिक्रिया में वृद्धि होती है।

"इस परिणाम में परमाणु स्पिन और अणु के घूर्णी समरूपता के बीच परस्पर क्रिया पर जोर दिया गया है और रासायनिक प्रतिक्रिया पर इसके प्रभावों की पुष्टि करता है, " किलाज और उनके सहयोगियों का कहना है। (नेचर कम्युनिकेशंस, 2018; डोई: 10.1038 / s41467-018-04483-3)

(बासल विश्वविद्यालय, 30.05.2018 - NPO)