水与水不同：两种形式不同

水分子以两种不同的形式存在，具有几乎相同的物理性质。研究人员第一次成功地将这两种形式分开，表明它们可以表现出不同的化学反应性。这些结果由巴塞尔大学的研究人员及其在汉堡的同事在Nature Communications的科学杂志上报道。

从化学角度来看，水是一个分子，其中一个氧原子与两个氢原子相连。众所周知，水在分子水平上以两种不同的形式(异构体)存在。不同之处在于两个氢原子的核自旋的相对取向。取决于自旋是在相同方向还是相反方向上对齐，一个是指正水或副水。

分选水分子的实验

由巴塞尔大学化学系Stefan Willitsch教授领导的研究小组研究了这两种水在化学反应性方面的差异 - 它们发生化学反应的能力。两种异构体具有几乎相同的物理性质，这使得它们的分离特别具有挑

这种分离是通过汉堡自由电子激光科学中心的JochenKüpper教授开发的基于电场的方法实现的。使用这种方法，研究人员能够启动“预先分选”的水异构体和保持在陷阱中的超冷二氮鎓离子(“质子化氮”)之间的受控反应。在此过程中，二氮烯鎓离子将其质子转移到水分子中。在星际空间的化学中也观察到这种反应。

增加反应性

结果表明，副水的反应比邻水快约25%。这种效应可以用核旋转来解释，这也影响水分子的旋转。结果，不同的吸引力在反应伙伴之间起作用。副水能够比邻位形式更强烈地吸引其反应配偶体，这导致化学反应性增加。计算机模拟证实了这些实验结果。

在他们的实验中，研究人员在接近绝对零点(约-273°C)的极低温度下使用分子。这些是精确制备单个量子态并确定分子的能量含量并在它们之间引起受控反应的理想条件。Willitsch解释了实验方法：“能够更好地控制化学反应中涉及的分子的状态，可以更好地研究和理解反应的潜在机制和动力学。”