@ 2018.06.02 , 10:00

水分子其实有两种类型

水分子其实有两种类型

水分子存在两种不同形式,但它们的物理参数几乎完全一样。科学家将它们分别命名为“ortho-water”和“para-water”。如今,一项新研究描绘了它们的不同性质。

从初中起,我们开始学习水的基本性质:它由两个氢原子和一个氧原子构成;它呈液态;它在地球上几乎无处不在;它是生命的关键成分(就我们所知)。水还有一些奇怪特征,举例而言:在4℃时,水的密度最大;在46℃时,水的可压缩性最差。

此外,研究人员发现:水存在两种同分异构体。这两种同分异构体的差异在于:两个氢原子的核自旋的相对方向。在这里,“核自旋”是原子核角动量的固有形式。根据它们核自旋的排列方式(方向相同或相反),我们得到ortho-和para-两种水分子。

如今,瑞士巴塞尔大学的化学系教授Stefan Willitsch带领一支研究团队,进行了一项新研究,探究这两种水分子的“化学反应性”差异——即:在化学反应中,两者表现有何不同。由于它们的物理特性极其相似,因此很难测量。不过,他们利用德国汉堡自由电子激光科学中心的Jochen Küpper教授发明的一项创新流程,成功实行受控反应,从而测得微弱的性质差异。

他们发现,para-水的反应速度比ortho-水快25%左右。这可能是由于核自旋影响水分子的旋转,从而影响它与其它分子的反应速度。因此,para-水能够更强烈地吸引反应对象,从而提高化学反应性。此外,实验结果得到计算机模型的证实。

在日常生活中,这不会造成任何影响——你不会实际感受到这两种水分子的差异。事实上,研究人员必须将水分子置于接近绝对零度的极低温度中,才能够观察到它们的性质差异。所以,除非你是化学家或物理学家,否则它不会影响到你。不过,这依然是一项有趣的新知识。

越控制化学反应里涉及的分子状态,越利于探究和理解反应的内在机制和动力学。

本文译自 zmescience,由译者 Rare 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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