Физики из Швейцарии впервые в истории науки сумели разделить воду на две разные жидкости, состоящие из двух типов молекул воды. Подробности этого процесса отражены в статье, которая опубликована в издании Nature Communications.
«Мы показали, что реакции с участием параводы идут на 25% быстрее, чем с ортоводой, что связано с тем, как спин ядра атомов водорода влияет на вращение всей молекулы. Это очень важно, так как без полного контроля и понимания того, как ведут себя молекулы во время реакций, мы не сможем раскрыть механизмы, которые управляют их ходом», – отметил Штефан Виллич из Университета Базеля.
Как известно, пространственная структура и некоторые физические свойства молекул воды зависят от спина атомов водорода. Если у обоих атомов он одинаковый, то такая молекула называется параводой. Если они противоположны, то ортоводой. Пока неизвестно, в чем состоят точные различия между ними, но в 2002 году российские ученые показали, что ортовода конденсируется хуже, чем паравода.
Прямое превращение одной формы воды в другую запрещены законами квантовой механики, поэтому в любом стакане с жидкостью должны одновременно присутствовать обособленные группы как пара-, так и ортоводы. Между тем первые же опыты показали, что разделить их невозможно, так как некоторые взаимодействия между молекулами воды порой заставляют их менять спин атомов водорода.
Швейцарские ученые впервые смогли решить эту задачу, охладив воду до температуры, близкой к абсолютному нулю, и заставив молекулы пара- и ортоводы разделиться на две группы, которые не соприкасаются друг с другом. Физики сумели проследить за тем, как обе формы влаги взаимодействуют с диазенилием, и раскрыть свойств пара- и ортоводы. Например, оказалось, что паравода гораздо быстрее вступала в реакции с молекулами N2H. Это свидетельствует о существенных различиях в их поведении и в других химических взаимодействиях.
Физики надеются, что дальнейшие эксперименты с «чистыми» версиями воды помогут выявить иные различия между ними и понять, почему пропорции пара- и ортоводы на Земле отличаются от тех значений, которые вычислены для других звездных систем. А это, в свою очередь, может раскрыть тайну формирования нашей планеты и зарождения на ней жизни.
Подробнее в сюжете: Научные открытия