For første gang i historien klarte sveitsiske forskere å dele vann i to forskjellige væsker, bestående av to typer vannmolekyler. Metodikken for denne prosessen gjenspeiles i tidsskriftet Nature Communications.
“Vi har vist at reaksjoner med para vann er 25% raskere enn med orto vann, noe som skyldes hvordan sentrifugeringen av kjernen til hydrogenatomer påvirker rotasjonen av hele molekylet. Dette er veldig viktig, for uten full kontroll og forståelse av hvordan molekyler oppfører seg under reaksjoner, vil vi ikke være i stand til å avdekke mekanismene som styrer deres forløp,”sa Stefan Willitsch fra Universitetet i Basel (Sveits).
Den romlige strukturen og noen fysiske egenskaper til vannmolekyler avhenger av spinnet på hydrogenatomene. Hvis spinnet til begge atomene er det samme, kalles et slikt molekyl para-vann, hvis de er motsatt - orto-vann. De nøyaktige forskjellene mellom dem er ennå ikke kjent, men i 2002 viste russiske fysikere at ortovannet kondenserer verre enn para-vann.
Lovene til kvantemekanikk forbyder direkte transformasjon av en form for vann til en annen, derfor må det i ethvert glass med væske være separate grupper av både para og orto-kanaler samtidig. Likevel viste de aller første eksperimentene at det var umulig å skille dem, siden noen interaksjoner mellom vannmolekyler, hvis natur ennå ikke er klare, noen ganger får dem til å endre spinnet til hydrogenatomer.
Willich og hans kolleger klarte for første gang å løse dette tilsynelatende umulige problemet ved å avkjøle vann til en temperatur nær absolutt null, og tvinge para- og orto-vannmolekylene til å skille seg ut i to leirer som ikke er i kontakt med hverandre.
Dette ble oppnådd ved å gjøre vann om til en slags damp - en ekstremt sjelden blanding av vannmolekyler og argonatomer, som ikke stivner selv ved ekstremt lave temperaturer. Etter å ha tilberedt en tilstrekkelig mengde av denne blandingen, førte forskerne den gjennom en kraftig generator av elektrostatiske felt. Den delte seg i to smale strømmer av molekyler, hvorav den ene bare bestod av para-vann, og den andre bare av orto-vann.
Strømmene krasjet i en sky av en annen gass, bestående av kalsium- og diazeniliumioner - en skjør kombinasjon av to nitrogenatomer og ett hydrogenatom. Diazenilium, selv ved ekstremt lave temperaturer, som interagerte aktivt med vann og ga det overskudd av hydrogen, ble en av de første interstellare kjemiske forbindelsene oppdaget av astronomer i verdensrommet de siste 50 årene.
Ved å bombardere denne skyen og strømmer med ultrafiolette stråler, var forskere i stand til å spore hvordan begge former for vann samhandler med diazenilium og avslører flere interessante egenskaper til para og orto vann. For eksempel viste det seg at para-vann inngår i reaksjoner med N2H-molekyler mye raskere og mer aktivt, noe som indikerer signifikante forskjeller i deres "atferd" og kjemiske interaksjoner.
Kampanjevideo:
Videre eksperimenter med "rene" versjoner av vann, håper forskere, vil også bidra til å avsløre andre forskjeller mellom dem og forstå hvorfor proporsjonene para- og orto-vann på jorden skiller seg fra de som beregnes for andre stjernesystemer. Alt dette kan i sin tur vise seg å være avgjørende for å avsløre historien om dannelsen av planeten og livets opprinnelse.
