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Dos formas isoméricas de agua cotidiana muestran diferentes tasas de reacción

CIENCIASQUÍMICADos formas isoméricas de agua cotidiana muestran diferentes tasas de reacción

Los investigadores han investigado por primera vez cómo dos formas diferentes de agua (orto y para) se comportan de manera diferente cuando se someten a reacciones químicas..

El agua es una entidad química, una molécula en la que un solo oxígeno átomo está vinculado a dos hidrógeno átomos (H2O). El agua existe en forma líquida, sólida (hielo) y gaseosa (vapores). Es uno de los pocos productos químicos que no contienen carbono y aún puede ser líquido a temperatura ambiente (alrededor de 20 grados). El agua es omnipresente e importante para la vida. A nivel molecular, es bien sabido que el agua cotidiana existe en dos formas diferentes, pero esta información no es de conocimiento común. Estas dos formas de agua se denominan isómeros y se denominan orto- o para-agua. La principal diferencia entre estas formas es muy sutil y es simplemente la orientación relativa de los espines nucleares de los dos átomos de hidrógeno que están alineados en la misma dirección o en la opuesta, de ahí sus nombres. Este giro de los átomos de hidrógeno se debe a la física atómica, aunque este fenómeno aún no se comprende completamente. Estas dos formas tienen propiedades físicas idénticas y hasta ahora se ha creído que también deberían tener propiedades químicas idénticas.

En un estudio reciente publicado en Nature Comunicaciones, investigadores de la Universidad de Basilea, Hamburgo, han investigado por primera vez la diferencia en la reactividad química de estas dos formas de agua y han demostrado que las orto y las formas reaccionan de manera muy diferente. La reactividad química significa la forma o la capacidad por la cual una molécula experimenta una reacción química. El estudio implicó la separación del agua en sus dos isomérico formas (orto- y para-) utilizando un deflector electrostático mediante la participación de campos eléctricos. Dado que estos dos isómeros son prácticamente iguales y tienen propiedades físicas idénticas, este proceso de separación es complejo y desafiante. La separación fue lograda por este grupo de investigadores utilizando un método basado en campos eléctricos desarrollado por ellos para Free-Electron Laser Science. El deflector introduce un campo eléctrico en un haz de agua atomizada. Dado que existe una diferencia crucial en el espín nuclear en los dos isómeros, esto afecta ligeramente la forma en que los átomos interactúan con este campo eléctrico. Por lo tanto, a medida que el agua viaja a través del deflector, comienza a separarse en sus dos formas orto- y para-.

Los investigadores han demostrado que el para- agua reacciona alrededor de un 25 por ciento más rápido que el orto-agua y es capaz de atraer a un reacción socio con más fuerza. Esto definitivamente se explica por la diferencia en el espín nuclear que influye en la rotación de las moléculas de agua. Además, el campo eléctrico del paragua es capaz de atraer los iones más rápidamente. El grupo realizó además simulaciones por computadora de moléculas de agua para corroborar sus hallazgos. Todos los experimentos se realizaron con moléculas en entornos de muy baja temperatura, casi -273 grados Celsius. Este es un factor importante, como explican los autores, que solo en tales condiciones los estados cuánticos individuales y el contenido energético de las moléculas pueden definirse y controlarse mejor. Lo que significa que la molécula de agua se estabiliza en cualquiera de sus dos formas y sus diferencias se vuelven obvias y claras. Por lo tanto, la investigación de reacciones químicas puede revelar los mecanismos y la dinámica subyacentes que conducen a una mejor comprensión. Sin embargo, el uso práctico de este estudio podría no ser muy alto en este momento.

***

{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Kilaj A et al 2018. Observación de diferentes reactividades de para y orto-agua hacia iones de diazenylium atrapados. Naturaleza de Comunicaciones. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3

Equipo SCIEU
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