量子化學的福音！水有不止一種分子，這比我們想像的還要奇怪

不是你看一眼就能看出來，而是你桌子上的那杯水包含了兩種不同的水分子，它們以微妙的不同方式旋轉。

最近的一項實驗成功地將它們分開，發現其中一個比另一個反應更好。我們不指望這種「更好」的水會在市場上大獲成功，但這一發現背後的方法對量子化學來說是個福音。

來自瑞士伯爾尼大學的化學家們使用了一種很好的古老的二氧化二氫粒子，並利用靜電場根據它們的總核自旋對它們進行排序。

自旋是描述角方向的粒子的量子性質，它們可以自由移動。根據該屬性的值對不同類型的粒子進行分類。

在一個稱為鄰位異構體的水的版本中，組成原子核的粒子的組合自旋加起來達到1的值。

但是還有另一種類型，叫做對位異構體水。它的核自旋總計為0，這是根據分子中原子運動的一些基本原理，意味著它們應該不同於它的表兄弟的旋轉。

在大多數情況下，這些自旋不改變，這意味著每個分子保持其作為一個鄰位或異構異構體的身份。

問題是：它們在旋轉過程中的理論差異在兩種不同的水分子如何與其他物質發生反應方面有明顯的差異嗎？

為了找到答案，研究人員將鈣離子與二氮烯（N2H+）離子製成的超冷晶體。

然後，他們將正畸和對位水分子流到晶體的心臟，在那裡，它們與二氮烯反應。

計算出晶體中有多少N2H+離子在一定時間後留在晶體中，這給了研究者一個很好的想法，即異構體在反應中表現得更好。

在計算結果時，他們發現PARA水的原子扭曲和旋轉意味著同分異構體在反應上比沉悶的老鄰水反應要好23%。通過計算機模擬分析這些數據證實了這一差異，並不是所有的水分子都以相同的方式運行。

毫無疑問，會有一些公司準備對這一發現進行突擊，製造一種薄荷，作為瓶裝水的一種高級形式，給瓶裝水行業再添一個騙局。

對我們大多數人來說，水就是水。喝下一杯水可能對你的健康沒有任何影響。

但是對於化學家來說，水是很奇怪的，並且更多地了解它的反應性會對我們研究它的性質有很大的影響。

它可能只是兩個氫原子和一個氧，但是在各種條件下，它表現出許多不尋常的方式，形成我們剛剛開始理解的物質的奇怪狀態。

由於生命目前被定義為複雜的水溶性化學，了解物質如何溶解和與水分子反應對我們對生物及其起源的詳細理解至關重要。

除了水怪之外，實驗的結果也顯示了我們不斷增長的能力來模擬和測試不同量子特性對整個分子的影響。

該研究的資深作者、來自伯爾尼大學的化學家Stefan Willitsch說：「一個更好的控制化學反應中分子的狀態，可以更好地研究反應的內在機制和動力學。」

就在最近，世界上最精確的化學反應——一個鈉原子和一個銫原子的短暫結合——被記錄下來。

了解分子的量子特性，以便在如此精細的水平上操縱它們的反應性，真的是化學的新前沿。

這項研究發表在《自然通信》雜誌上。

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