Молекула воды существует в двух формах — орто- (о-) и пара-вода (р-вода), которые отличаются друг от друга значением полного ядерного спина, складывающегося из спинов составляющих молекулу ядер водорода. У о-воды он равен единице, а у р-воды — нулю. Спин не может меняться у изолированных молекул, он также сохраняется при столкновениях с другими молекулами и даже при химических реакциях.
Различия в спинах влияют на вращательную симметрию, так молекула р-воды будет симметричной, а о-воды — антисимметричной (необходим полный оборот для возвращения к исходному состоянию). Однако до сих пор не было известно, могут ли спины определять разные химические свойства о- и р-воды.
Исследователи создали в ионной ловушке плазменно-пылевой кристалл из ионов кальция и диазенилиума (N2H+) и проследили, как различные формы воды реагируют с ним.
Поскольку пара-изомеры сильнее отклоняются в электростатическом поле благодаря своему значительному дипольному моменту, это позволило ученым отделить две формы воды друг от друга. Затем кристалл подвергался обстрелу молекулами воды, а по количеству оставшихся ионов диазелиниума исследователи определили, какой изомер лучше реагировал с кристаллом.
Оказалось, что вращательная симметрия молекул пара-воды делала их на 23 процента более реакционноспособными, чем орто-вода. Таким образом, было впервые продемонстрировано, что вступление в химическую реакцию многоатомных молекул с ионами зависит от вращательной симметрии.
Это тоже интересно:
