A vízmolekulákról tudjuk, hogy két különböző izomer formájában léteznek. Ez a különbség atomi szinten enyhén eltérő tulajdonságaikon alapszik. Svájci kutatók a világon elsőként elkülönítették a kétféle izomert, hogy bemutassák, milyen különbözően viselkednek vegyi reakciók hatására.
A vízmolekulák egyetlen oxigénatomból állnak, ami két hidrogénatomhoz kapcsolódik. Ezek tovább oszthatók a hidrogénatom magjának egyik tulajdonsága, a spin alapján, ami a részecskék saját, belső impulzusmomentuma, vagyis perdülete. A spin nem arra utal, hogy a részecskék tényleg pörögnek, de az atommagnak ez a jellemzője befolyásolja a vízmolekulák rotációját.
Ha a két hirdogénatom nukleáris spinje ugyanabba az irányba rendeződik, az az ortovíz; ha különböző irányba, az a paravíz.
Ha az izomerek nagyon hasonlók, nagyon nehéz különválasztani őket. A kutatást vezető Stefan Willitschnek és kollégáinak elektromos mezők használatával sikerült a művelet. Megvizsgálhatták, hogyan lépnek kölcsönhatásba a víz különböző formái más reagensekkel. A kísérlethez ultrahideg nitrogénből és hidrogénből álló diazenílium-iont (N2H+) használtak. Végül arra jutottak, hogy a paravíz 25 százalékkal gyorsabban lépett reakcióba a diazeníliummal, mint az ortovíz.
Mivel a H2O molekulák rotációját befolyásolja a nukleáris spin, ebben a kémiai reakcióban különbözőképpen ható erők lépnek fel a partnerek között. A kutatók ezt a megfigyelésüket számítógépes modellekkel is alátámasztották.
Willitsch szerint a kutatás segíthet más kémiai reakciók feletti irányítás kifejlesztésében:
Minél jobban irányítható egy kémiai reakcióban lévő molekula állapota, annál jobban lehet vizsgálni és megérteni az egy reakció alapjául szolgáló mechanizmusokat és dinamikát.
A svájci kutatók eredményeiket a Nature Communications című szaklapban mutatták be.
(BBC News | MTI)