Las moléculas de agua existen en dos formas diferentes con propiedades físicas casi idénticas. Por primera vez, Los investigadores han logrado separar las dos formas para demostrar que pueden presentar diferentes reactividades químicas. Estos resultados fueron informados por investigadores de la Universidad de Basilea y sus colegas en Hamburgo en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .

Desde una perspectiva química, el agua es una molécula en la que un solo átomo de oxígeno está unido a dos átomos de hidrógeno. Es menos conocido que el agua existe en dos formas diferentes (isómeros) a nivel molecular. La diferencia radica en la orientación relativa de los espines nucleares de los dos átomos de hidrógeno. Dependiendo de si los giros están alineados en la misma dirección o en la opuesta, uno se refiere a orto- o para-agua.

Experimentos con moléculas de agua clasificadas

El grupo de investigación dirigido por el profesor Stefan Willitsch del Departamento de Química de la Universidad de Basilea ha investigado cómo las dos formas de agua difieren en términos de su reactividad química:su capacidad para sufrir una reacción química. Ambos isómeros tienen propiedades físicas casi idénticas, lo que hace que su separación sea particularmente desafiante.

Esta separación fue posible gracias a un método basado en campos eléctricos desarrollado por el profesor Jochen Küpper del Centro de Hamburgo para la Ciencia del Láser de Electrones Libres. Usando este enfoque, los investigadores pudieron iniciar reacciones controladas entre los isómeros de agua "preseleccionados" y los iones diazenylium ultrafríos ("nitrógeno protonado") retenidos en una trampa. Durante este proceso, un ion de diazenylium transfiere su protón a una molécula de agua. Esta reacción también se observa en la química del espacio interestelar.

Mayor reactividad

Se demostró que el para-agua reacciona aproximadamente un 25 por ciento más rápido que el orto-agua. Este efecto se puede explicar en términos de que el espín nuclear también influye en la rotación de las moléculas de agua. Como resultado, diferentes fuerzas de atracción actúan entre los socios de reacción. El para-agua es capaz de atraer a su compañero de reacción con más fuerza que la forma orto, lo que conduce a una mayor reactividad química. Las simulaciones por computadora confirmaron estos hallazgos experimentales.

En sus experimentos, los investigadores trabajaron con moléculas a temperaturas muy bajas cercanas al punto cero absoluto (alrededor de -273 ° C). Estas son las condiciones ideales para preparar con precisión estados cuánticos individuales y definir el contenido de energía de las moléculas, y provocar una reacción controlada entre ellos. Willitsch explica el enfoque experimental:"Cuanto mejor se pueda controlar el estado de las moléculas involucradas en una reacción química, cuanto mejor se puedan investigar y comprender los mecanismos subyacentes y la dinámica de una reacción ".