Молекулы воды существуют в двух формах или ‘изомерах’, ortho и параграфе, у которых есть различные ядерные спиновые состояния. В ortho-воде ядерные вращения параллельны друг другу, и в воде параграфа, вращения антипараллельны.
Преобразование ortho воды в параводу и наоборот относится к широкому диапазону научных областей от ядерного магнитного резонанса (NMR) до астрофизики.В то время как возможно отделить ortho-и парамолекулы воды, трудно изучить их в оптовой воде, потому что быстрый протонный обмен и препятствовал молекулярному вращению, неясному непосредственное наблюдение двух изомеров вращения..Чтобы помочь наблюдать это преобразование в оптовой воде, исследовательская группа Саутгемптона ограничила единственные молекулы воды в углеродных клетках C60 или ‘бакиболах’, чтобы произвести надмолекулярный эндофуллерен H2O@C60.
Урожай этого химического синтеза был улучшен существенно командой, позволив им изучить оптовые количества этого вещества.Углеродные клетки препятствуют тому, чтобы молекулы воды заморозились, и разделяют их, так, чтобы они продолжили вращаться свободно при очень низких температурах, позволив изучить преобразование.Так как у воды есть электрический дипольный момент (мера разделения положительных и отрицательных электрических обвинений), исследователи измерили диэлектрическую константу H2O@C60 при криогенных температурах и нашли, что это уменьшается, поскольку вода преобразовывает от ortho до параграфа, в соответствии с квантовой теорией и предыдущими исследованиями NMR.Доктор Бенно Мейер, Старший Научный сотрудник в Химии и ведущий автор, говорит: «Оптовый диэлектрик, постоянный из H2O@C60, зависит от состава изомера вращения скрытых молекул воды.
Наблюдаемое изменение с временной зависимостью в оптовом диэлектрике, постоянном в 5K, поскольку заключенная в капсулу вода преобразовывает от ortho до изомера параграфа, происходит из-за изменения в молекулярном polarisibility на преобразовании вращения.«Эта работа – результат давнего и плодотворного сотрудничества между профессорами Малкольмом Левиттом и Ричардом Витби, которые изучали ortho к преобразованию параграфа на молекулярном уровне в течение нескольких лет».