แยกโมเลกุลน้ำสองชนิดออกจากกันสำเร็จครั้งแรกของโลก

  • 4 มิถุนายน 2018
น้ำ Image copyright Getty Images

น้ำที่เราใช้ดื่มและชำระล้างสิ่งต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน รวมทั้งน้ำที่มีอยู่ทั้งหมดในจักรวาล ประกอบด้วยโมเลกุล H2O สองชนิดปะปนกันอยู่ ซึ่งล่าสุดนักวิทยาศาสตร์จากสวิตเซอร์แลนด์สามารถแยกโมเลกุลที่แตกต่างกันนี้ออกมา จนทำให้เกิดเป็นน้ำในสองรูปแบบได้เป็นครั้งแรกของโลก

มีการตีพิมพ์ผลงานวิจัยดังกล่าวในวารสาร Nature Communications โดยศาสตราจารย์ สเตฟาน วิลลิตช์ และคณะจากมหาวิทยาลัยบาเซิลของสวิตเซอร์แลนด์ระบุว่า ได้ใช้สนามไฟฟ้าสถิตแยกโมเลกุลน้ำทั้งสองแบบออกจากกันได้สำเร็จ ทั้งที่ก่อนหน้านี้ถือว่าเป็นกระบวนการที่ทำได้ยากมาก

โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยคู่อะตอมไฮโดรเจนและอะตอมออกซิเจนอีกหนึ่งตัวตามสูตรเคมีเอชทูโอ (H2O) แต่โมเลกุลน้ำต่างชนิดกันจะมีลักษณะการหมุนที่ไม่เหมือนกัน โดยเป็นผลมาจากคุณสมบัติทางเคมีควอนตัมของน้ำ ที่อนุภาคในนิวเคลียสของคู่อะตอมไฮโดรเจนมี "สปิน" (Spin) หรือการเคลื่อนที่เชิงมุมในทิศทางที่แตกต่างกัน

น้ำที่ประกอบด้วยโมเลกุลซึ่งคู่อะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีสปินไปในทิศทางเดียวกัน เรียกว่า Ortho-water ส่วนน้ำที่ได้จากโมเลกุลซึ่งอะตอมไฮโดรเจนแต่ละตัวมีสปินไปในทิศทางตรงข้ามกัน เรียกว่า Para-water

Image copyright UNI BASEL
คำบรรยายภาพ แผนภาพแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลน้ำ 2 ชนิด (แทนด้วยลูกศรสีน้ำเงินและสีแดง) ทำปฏิกิริยากับอะตอมของ Diazenylium ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน

น้ำทั้งสองชนิดนี้มีคุณสมบัติโดยทั่วไปเหมือนกัน แต่มีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างกัน โดยจากการทดลองให้ทำปฏิกิริยากับสาร Diazenylium ซึ่งเป็นไนโตรเจนรูปแบบหนึ่ง พบว่า Para-water มีความไวต่อการทำปฏิกิริยาเคมีมากกว่าถึง 25%

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกโมเลกุลน้ำทั้งสองชนิดออกจากกันได้ในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการเท่านั้น เนื่องจากโมเลกุลน้ำทั้งสองประเภทจะกลับมารวมตัวกันตามปกติที่อุณหภูมิห้อง

แม้การค้นพบนี้จะไม่นำไปสู่การผลิตน้ำดื่มน้ำใช้ชนิดใหม่สำหรับมนุษย์ แต่ ศ. วิลลิตช์ ผู้นำคณะวิจัยบอกว่า การแยกโมเลกุลน้ำสองชนิดออกจากกันคือความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านวิทยาการเคมีควอนตัม "ยิ่งเราควบคุมสถานะของโมเลกุลขณะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ดีมากขึ้นเท่าใด ก็จะยิ่งมีความเข้าใจและสามารถตรวจสอบถึงกลไกและพลวัตรซึ่งเป็นที่มาของปฏิกิริยาเคมีที่ศึกษาได้ดียิ่งขึ้นเท่านั้น"

ข่าวที่เกี่ยวข้อง

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม