Sciencemag.cz
Doporučujeme
V těžké vodě je vazba deuteria na kyslík delší a slabší. Vodíkové vazby (můstky) mezi atomem deuteria a atomem kyslíku v sousední molekule jsou oproti běžné vodě ale naopak silnější.
Není to divné? Německý chemik Leo Ubbelohde navrhl prodlužování a oslabování vazby deuteria oproti normálnímu vodíku již ve 30. letech 20. století. Platí to obecně, nejenom pro vazbu na kyslík ve vodě. Vysvětlit tyto jevy je však celkem komplikované, do hry vstupuje kvantová fyzika (energie nulových kmitů vibračních režimů, tunelování, delokalizace protonů….). Aby to bylo ještě komplikovanější, deutarace vodíkový můstek zesílí – ale rovněž protáhne, alespoň v případě vody.
Toshiki Sugimoto a další autoři nové studie se nyní do vysvětlení celého experimentálně již dávno potvrzeného jevu pokusili vnést trochu pořádek. Studovali směsi ledů s různým poměrem vodíku a deuteria (tj. včetně „polotěžké“ vody HDO). Došli k závěru, že deutarace má více protichůdně působících efektů, jeden vazbu zesiluje, druhý současně zeslabuje a prodlužuje. U agregátů vody převáží první efekt, který souvisí s energií nulového bodu/rotace. Tento efekt má však významnější roli pouze u velmi malých molekul. U větších molekul je vše jednoznačné, deuterace vazbu vodíku prodlužuje a oslabuje (testováno pro organické kyseliny, cyklohexan apod.).
Fumiaki Kato et al, Unveiling two deuteration effects on hydrogen-bond breaking process of water isotopomers, Physical Review Materials (2019). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.3.112001
Zdroj: National Institutes of Natural Sciences/Phys.org
Poznámky PH:
Vyšší bod tání/varu těžké vody může být výsledkem spíše silnějších vodíkových můstků mezi molekulami než vyšší hmotnosti molekuly? Viz teploty skupenských přeměn H2O vs. těžší H2S nebo HF vs. HCl (opět těžší, ale se slabšími vodíkovými můstky).
Čili u deuterovaného cyklohexanu to bude jak? Jaké bude mít teploty skupenských přeměn ve srovnání s normálním cyklohexanem?
