Спин водорода воды

От спина атомов водорода зависят некоторые физические свойства и пространственная структура и молекул воды. Молекула, у которой спин у обоих атомов одинаковый, называется пара-водой, а если  движение  электронов происходит в противоположном направлении, — орто-водой.

Законы квантовой механики запрещают «прямое» превращение одной формы воды в другую, благодаря чему в любом стакане с жидкостью должны одновременно присутствовать обособленные группы и пара-, и орто-воды. Пока точные различия между  формами воды неизвестны. Однако в 2002 году российские физики показали, что орто-вода хуже конденсируется, чем пара-вода.

Долгое время считалось, что разделить орто и пара воду  нельзя. Но коллектив швейцарских ученых университета в г. Базеле смог решить эту задачу. Они охладили воду до температуры, близкой к абсолютному нулю, а затем превратили ее в разреженную смесь молекул воды и атомов аргона, не застывавшую даже при сверхнизких температурах. Когда полученный «пар» пропустили  через мощный генератор электростатических полей, вода разделилась на два узких потока, один из которых содержал только пара-молекулы, другой – орто. Каждый поток соединили с диазенилем (непрочное соединение двух атомов азота и одного атома водорода), активно взаимодействующим с водой даже при сверхнизких температурах.

Руководитель эксперимента, Штефан Виллич (Stefan Willitsch) рассказал, что реакции  молекул N2H  и пара-воды «идут на 25% быстрее, чем с  участием орто-воды, что связано с тем, как спин ядра атомов водорода влияет на вращение всей молекулы». Поскольку пропорции пара- и орто-воды на Земле отличаются от тех значений, которые были вычислены для других звездных систем, эксперименты с «чистыми» версиями воды, как надеются ученые, помогут раскрыть историю формирования нашей планеты и зарождения на ней жизни.