Kétféle víz van, és másképp reagálnak
Az eltérő molekuláris kvantumállapotok befolyásolják a kémiai reaktivitást – foglalja össze a vízkémiában korszakosnak mondott kísérleti eredményt a Nature legfrissebb számában megjelent tanulmány. A Bázeli Egyetem kémikusai, Ardita Kilaj és Hong Gao először vizsgálták meg az eltérő kvantumállapotú vízmolekulák reakcióképességét.
Para vagy orto, az itt a kérdés
Mint az Szabados László a Víz az univerzumban című 2011-es tanulmányából is tudható, a vízmolekulának (H2O) kétféle állapota létezik: a megkülönböztetés alapja a H2 molekula két hidrogénatomjában levő proton „forgására” jellemző spin értéke.
Az úgynevezett paravíznél a két proton spinje (impulzusmomentuma) egymással ellentétes, míg az ortovíznél azonos előjelű. Az orto- és paravíz molekuláinak rotációs és vibrációs-rotációs átmeneteire jellemző energiakülönbségek eltérőek.
Az ismert világegyetemben az orto állapot a gyakoribb. Az is tudható, hogy az orto, illetve para állapotú vízmolekulák számaránya a molekulák kialakulásakor mért hőmérséklettől függ, a kialakult állapot végleges, a körülmények későbbi változása pedig már nem módosít azon. Az orto/para gyakorisági arány így közvetlenül jelzi a vízmolekula kialakulási hőmérsékletét. A Földön található, az élet egyik alapjaként szolgáló víz ismert összetétele 3:1 arányban orto- és para-vízmolekulák keveréke.
Az Ardita Kilaj és Hong Gao vezette bázeli kutatócsoport most arra jutott, hogy a paravíz 25 százalékkal gyorsabban lép reakcióba diazenylium-ionokkal (N2H+), mint az ortovíz. A reakció eredménye mindkét esetben H3O és N2, vagyis oxóniumion (más néven hidrónium vagy hidroxónium) és nitrogén. A kutatók valószínűsítik: mindennek az az oka, hogy a para kvantumállapotban lévő molekula elektromos mezője jobban vonza az ionokat, de a folyamat pontos feltérképezése még várat magára.
A kétféle vízmolekulával reagáltatott diazenylium gázként egyébiránt számtalan helyen jelen van az univerzumban. Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) idén márciusban jelentette például, hogy a Földtől 1350 fényévre lévő csillagkeletkezési tartományban, az Orion-ködben is megtalálható.
Csillagközi víz
Szintén a Szabados-tanulmányban olvasható, hogy a kozmológia jelenlegi állása szerint a víz többféleképpen is kialakulhat: „az univerzumban a bőségesen jelen levő hidrogén egyes atomjait a nagy energiájú kozmikus sugárzás ionizálja, az elektronját vesztett hidrogénatom (proton) pedig egy hidrogénmolekulával egyesülve H3+ iont képez, amely kölcsönhat az atomos oxigénnel. A csillagközi anyag sűrű molekulafelhőiben uralkodó egészen alacsony hőmérsékleten az ott levő szén- és szilíciumtartalmú porszemcsék felületén megtapadó hidrogénatomok kémiai reakcióba léphetnek a porszem külsején levő oxigéntartalmú molekulákkal, ennek hatására szintén H2O keletkezik, ami a mindössze néhány kelvin hőmérsékleten rögtön jégbevonatot képez a porszemcsén. Ahol a hőmérséklet meghaladja a 300 K-t, egyszerűbb kémiai reakciók során is képződhet vízmolekula.”
Hogy ezek a lehetséges reakciók valóban végbemennek, azt az Európai Űrügynökség ISO (Infrared Space Observatory) nevű, 1995-től 1998-ig működő űrszondája igazolta.