旋转水医生的反应

它可能是化学中最熟悉的分子，但是H₂O一点也不简单。现在，瑞士和德国的研究人员通过证明水的自旋异构体反应速率不同，增加了我们对水的复杂性的理解。¹

所有水分子都以两种自旋异构体之一的形式存在，这取决于水分子的两个质子各自的核自旋是否平行(昊图公司)或反平行(帕拉)。在液体中，昊图公司而且帕拉水一直在通过质子交换相互转化。但孤分子仍以一种或另一种形式存在，原则上可以被分离。

这些不同的形式似乎在化学上是相同的——相比之下，水分子的氢同位素组成不同——但实际上它们有微妙的区别。根据泡利原理，允许的旋转态必须满足一定的对称性要求，泡利原理约束了它们的量子波函数。质子在昊图公司形式而不在于帕拉形式，这意味着两种形式必须有不同的基态绝对旋转基态帕拉的第一激发态昊图公司．这些旋转状态的差异可能表现为碰撞截面的差异，这意味着不同的形式具有不同的反应性。

但真的是这样吗?巴塞尔大学的斯特凡·威利奇说:“研究它们的反应性的挑战在于将分离方法与高度敏感的反应实验相结合。”这就是他和他的同事们现在所做的:反应昊图公司而且帕拉含重氮离子的水(N₂H⁺给出N₂和H_3.O⁺这一过程发生在星际云中。

研究人员将水分子以超声速通过喷嘴喷射出冰冷的惰性载气(氩气)，从而制造出一种水分子束。他们通过两个带电板之间的光束，而带电板会偏转昊图公司而且帕拉不同程度的分子。分离的光束被发射到N₂H⁺离子分散在冷钙离子云中，被静电离子阱捕获。

一段时间后，离子被释放，产物被送到质谱仪进行分析。通过测量H的形成_3.O⁺对于不同比例的分子束昊图公司/帕拉研究人员发现，水的反应速度较慢昊图公司大约23%。

反应的量子化学计算表明，反应活性的差异来自于N₂H⁺离子和水分子的电偶极子。H的转动₂O导致后者的平均-但因为旋转是不同的昊图公司而且帕拉水也是如此。

”昊图公司威利奇解释说:“水旋转得更快，因此长距离离子-偶极相互作用在更大程度上被平均掉了，所以反应伙伴之间的吸引力就更弱了。”这导致了一个较小的冲击参数-在反应性相遇中分子的有效“大小”的测量-对于昊图公司水。

威利奇补充说:“23%的影响相当显著。”在室温下，这无关紧要，因为在室温下，分子是高度旋转激发的，但对于低温下的气相反应可能很重要，比如在星际云中。

牛津大学(Oxford University)物理化学家大卫•克莱里(David Clary)说:“这是一篇非常有趣的论文，在我看来，其结果和结论都非常可靠。₂O应该有不同的反应速率。²