水分子其實有兩種類型

　　2018-06-03 00:00

　　

　　水分子存在兩種不同形式，但它們的物理參數幾乎完全一樣。科學家將它們分別命名為「ortho-water」和「para-water」。如今，一項新研究描繪了它們的不同性質。

　　從初中起，我們開始學習水的基本性質：它由兩個氫原子和一個氧原子構成；它呈液態；它在地球上幾乎無處不在；它是生命的關鍵成分(就我們所知)。水還有一些奇怪特徵，舉例而言：在4℃時，水的密度最大；在46℃時，水的可壓縮性最差。

　　此外，研究人員發現：水存在兩種同分異構體。這兩種同分異構體的差異在於：兩個氫原子的核自旋的相對方向。在這裡，「核自旋」是原子核角動量的固有形式。根據它們核自旋的排列方式(方向相同或相反)，我們得到ortho-和para-兩種水分子。

　　如今，瑞士巴塞爾大學的化學系教授Stefan Willitsch帶領一支研究團隊，進行了一項新研究，探究這兩種水分子的「化學反應性」差異——即：在化學反應中，兩者表現有何不同。由於它們的物理特性極其相似，因此很難測量。不過，他們利用德國漢堡自由電子激光科學中心的Jochen Küpper教授發明的一項創新流程，成功實行受控反應，從而測得微弱的性質差異。

　　他們發現，para-水的反應速度比ortho-水快25%左右。這可能是由於核自旋影響水分子的旋轉，從而影響它與其它分子的反應速度。因此，para-水能夠更強烈地吸引反應對象，從而提高化學反應性。此外，實驗結果得到計算機模型的證實。

　　在日常生活中，這不會造成任何影響——你不會實際感受到這兩種水分子的差異。事實上，研究人員必須將水分子置於接近絕對零度的極低溫度中，才能夠觀察到它們的性質差異。所以，除非你是化學家或物理學家，否則它不會影響到你。不過，這依然是一項有趣的新知識。

　　越控制化學反應里涉及的分子狀態，越利於探究和理解反應的內在機制和動力學。

　　本文譯自 zmescience，由譯者 Rare 基於創作共用協議(BY-NC)發布。