Konverze jaderných spinových izomerů v H2O@C60

Příprava derivátu fullerenu s jednou molekulou vody uvnitř klece umožnila podrobnější studium vlastností izolovaných molekul vody. V nedávno publikované studii byl zkoumán přechod mezi spinovými izomery molekul vody pomocí NMR spektroskopie.

Spinová izomerie se týká malých, symetrických molekul, např. H2, H2O. Molekula vody obsahuje dvě jádra vodíku, každé má spin 1/2. Pokud jsou oba spiny orientovány souhlasně, jedná se o izomer ortho, v opačném případě jde o izomer para.

Za běžných podmínek je velmi obtížné sledovat přechody mezi jednotlivými izomery, protože molekuly vody spolu silně interagují. Pokud je ale pomocí fullerenové klece izolujeme, tak můžeme izomeraci pozorovat.

Jako metodu autoři zvolili NMR, protože para izomer má celkový jaderný spin 1, ale ortho izomer má jaderný spin 0, a je tedy v NMR neaktivní. Přímé měření signálu vody by nebylo příliš efektivní, proto bylo využito měření relaxačního času T1. Měření bylo prováděno pomocí pulzní sekvence saturation recovery, která poskytuje signál, jehož intenzita je závislá na koncentraci protonových jader. Teplota vzorku se pohybovala v rozmezí od 50 K do 5 K.

Pomocí tohoto experimentu bylo zjištěno, že kinetika spinové izomerace je 2. řádu a pod teplotou 10 K je teplotně nezávislá. Vzhledem k tomu, že izomerace probíhá v pevném stavu a molekuly vody jsou od sebe odděleny fullerenovou klecí je 2. řád kinetiky překvapivý. Klasická difuze je za těchto podmínek vyloučená, ale může docházet k pohybu jednotlivých izomerů pomocí mechanismu spinové difuze:

o + p p + o

K vlastní izomeraci pak dochází reakcí:

o + o p + p*

hvězdička u para izomeru značí, že jedna molekula vzniká v excitovaném stavu, přebytečná energie se rychle uvolní do mřížky.

2 thoughts on “Konverze jaderných spinových izomerů v H2O@C60

Napsat komentář