2 dạng nước khác nhau (mũi tên xanh và đỏ) phản ứng với các nguyên tử diazenylium với tốc độ khác nhau – Ảnh: ĐH Basel (Thụy Sĩ)
Lần đầu tiên, giới khoa học phân lập được hai hình thái khác nhau của phân tử nước. Phân tử nước trước nay được biết đến tồn tại ở 2 dạng đồng phân riêng biệt chỉ khác biệt nhỏ ở cấp độ nguyên tử.
Khi tách thành công hai đồng phân, nhóm nghiên cứu có thể chứng minh rằng các đồng phân phản ứng khác nhau trong những phản ứng hóa học khác nhau
Về cơ bản, phân tử nước gồm 1 nguyên tử oxy đi kèm cặp nguyên tử hydro (H2O). Tuy nhiên, phân tử nước có thể được chia nhỏ hơn tùy vào tính chất hạt nằm giữa liên kết của cặp hydro. Trung tâm này được giả tưởng như trục xoay (spin), mặc dù nó không thực sự quay vòng. Bù lại, đặc tính của hạt nhân trung tâm này ảnh hưởng tới vòng xoay của phân tử nước. Nếu các spin của cặp nguyên tử hydro xoay cùng chiều sẽ tạo ra đồng phân ortho-water, nếu xoay khác chiều sẽ tạo ra đồng phân para-water.
Hai đồng phân này giống nhau “như hai giọt nước” và rất khó để phân lập chúng. Tuy nhiên, GS. Stefan Willitsch (đồng tác giả) và cộng sự đã dùng điện trường để tách thành công.
Để kiểm tra hai đồng phân khác nhau sẽ phản ứng như thế nào với các chất, nhóm nghiên cứu dùng ion ultracold diazenylium (một dạng khí nitơ) để kiểm tra. Nhóm nghiên cứu nhận thấy para-water phản ứng nhanh hơn 25% so với ortho-water. Rõ ràng, trạng thái xoay của phân tử H2O bị ảnh hưởng bởi hạt nhân spin, từ đó, lực hấp dẫn giữa các phân tử trong phản ứng khác nhau.
Kết luận này được chứng minh một phần nữa qua mô hình mô phỏng trên máy tính.
GS. Willitsch tại ĐH Basel (Thụy Sĩ) nói: “Khi ta càng có khả năng điều khiển trạng thái phân tử, chúng ta càng dễ dàng phát hiện những cơ chế, động lực nền tảng khiến phản ứng hóa học xảy ra”.
