Os pesquisadores investigaram pela primeira vez como duas formas diferentes de água (orto- e para-) comportam-se de maneira diferente quando submetidos a reações químicas.
Água é uma entidade química, uma molécula na qual um único oxigênio átomo está ligado a dois átomos de hidrogênio (H2O). Água existe como líquido, sólido (gelo) e gás (vapores). Está entre os poucos produtos químicos que não contêm carbono e ainda pode ser líquido em temperatura ambiente (cerca de 20 graus). Água é onipresente e importante para a vida. No nível molecular, é bem sabido que todos os dias água existe em duas formas diferentes, mas esta informação não é de conhecimento comum. Estas duas formas de água são chamados de isômeros e são chamados de orto- ou para- água. A principal diferença entre essas formas é muito sutil e é simplesmente a orientação relativa dos spins nucleares dos dois átomos de hidrogênio que estão alinhados na mesma direção ou em direções opostas, daí seus nomes. Este giro dos átomos de hidrogênio se deve à física atômica, embora esse fenômeno ainda não seja totalmente compreendido. Estas duas formas têm propriedades físicas idênticas e tem-se acreditado até agora que também deveriam ter propriedades químicas idênticas.
Em um estudo recente publicado em Natureza Communications, pesquisadores da Universidade de Basel, Hamburgo, investigaram pela primeira vez a diferença na reatividade química dessas duas formas de água e provaram que as ortoformas e paraformas reagem de maneira muito diferente. Reatividade química significa a maneira ou a capacidade pela qual uma molécula sofre uma reação química. O estudo envolveu a separação de água em suas duas formas isoméricas (orto- e para-) usando um defletor eletrostático envolvendo campos elétricos. Como ambos os isômeros são praticamente iguais e possuem propriedades físicas idênticas, esse processo de separação é complexo e desafiador. A separação foi conseguida por esse grupo de pesquisadores por meio de um método baseado em campos elétricos desenvolvido por eles para a Free-Electron Laser Science. O defletor introduz um campo elétrico em um feixe de água atomizada. Uma vez que existe uma diferença crucial no spin nuclear dos dois isómeros, isto tem um ligeiro impacto na forma como os átomos interagem com este campo eléctrico. Portanto, à medida que a água passa pelo defletor, ela começa a se separar em duas formas, orto- e para-.
Os pesquisadores demonstraram que para- água reage cerca de 25 por cento mais rápido que a água orto e é capaz de atrair para um reação parceiro mais fortemente. Isso é definitivamente explicado pela diferença no spin nuclear que influencia a rotação das moléculas de água. Além disso, o campo elétrico da para-água é capaz de atrair os íons mais rapidamente. O grupo realizou simulações de computador de moléculas de água para corroborar suas descobertas. Todos os experimentos foram feitos com moléculas em configurações de temperatura muito baixa de quase -273 graus Celsius. Este é um fator importante, conforme explicado pelos autores, que apenas em tais condições os estados quânticos individuais e o conteúdo de energia das moléculas podem ser bem definidos e melhor controlados. O que significa que a molécula de água se estabiliza em qualquer uma de suas duas formas e suas diferenças tornam-se óbvias e claras. Assim, a investigação de reações químicas pode revelar mecanismos e dinâmicas subjacentes que levam a um melhor entendimento. No entanto, o uso prático deste estudo pode não ser muito alto neste momento.
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Fontes)
Kilaj A et al 2018. Observação de diferentes reatividades de para e orto-água para íons diazenilium aprisionados. Natureza das Comunicações. 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04483-3
