水,生命之源,地球上所有生物的必需品。您可能不知道的一个鲜为人知的事实是,您喝的每一滴水,甚至您身体中的所有水分,都由两种截然不同的水组成。瑞士巴塞尔大学的研究团队发现,这两种水具有显著不同的化学特性,能够影响我们身体内的化学反应,这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
如同米老鼠和它的耳朵,所有水分子都是由一个较大的氧原子和两个较小的氢原子组成的。根据量子自旋方向的不同,这两个氢原子可以以两种不同方式排列。当两个氢原子朝同一方向自旋时,科学家称之为“正水”(ortho-water);当两个氢原子朝相反方向自旋时,科学家称之为“仲水”(para-water)。在室温下,正水约占75%,仲水占25%。
由于自旋通常只在量子尺度上影响粒子的行为,因此科学家们之前无法将正水和仲水分离出来进行实验。在这项研究中,研究人员利用了水分子极性的特点,即由于氧原子与两个氢原子各自形成一对共用电子对,而水分子独特的米老鼠形状导致共用电子对明显接近氧原子一侧, Dadurch在氧原子附近形成了一个负电荷中心,而在米老鼠“耳朵”两个氢原子附近形成了一个正电荷中心。这种极性几乎与水的全部化学特性有关。
研究人员通过电场来分离正水和仲水。他们将一束水分子射入电场,电场对带极性原因的正水和仲水分子施加了略有不同的推力,从而将它们分离并收集到不同的容器中。在容器中,超冷的二亚胺氮离子(HN2+,英文名diazenylium,由两个氮原子和一个额外的质子组成,这是一种在星际物质中观察到的重要的天体化学分子)正在等待着它们,当它们相遇时,会发生反应,额外质子被水分子夺取,形成H3O+离子。实验表明,仲水的反应速度比正水快25%,这可能是由于自旋对不同分子之间的吸引力产生了不同的影响。
研究人员认为,这是世界上首次研究正水和仲水与离子发生反应的情况,这有助于我们理解抽象的物理概念,例如量子自旋如何影响我们周围的化学反应。它甚至可以深入研究我们身体内的化学反应,帮助我们揭开人体更多、更重要的奥秘。
目前将一杯水分解成正水和仲水仍然非常困难且成本高昂,因此现在农夫山泉等公司也没有必要投入大量资金来研究正水和仲水对身体的影响,从而创造一个新的概念来大赚我们的钱。