Zanim w ogóle przejdziemy do tematu warto wyjaśnić, czym są tzw. izotopologi. Takim mianem określa się cząsteczki mające ten sam wzór chemiczny, których atomy wiążą się w podobnych układach. Zauważmy jednak, że co najmniej jeden z ich atomów musi mieć inną liczbę neutronów aniżeli cząsteczka macierzysta.
Czytaj też: Naukowcy stworzyli bezpieczny mikroreaktor jądrowy. Przewiezie go nawet ciężarówka
Cząsteczka wody, czyli H2O, składa się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. Jądro każdego z atomów wodoru zawiera jeden proton i nie ma neutronów. W przypadku ciężkiej wody o wzorze D2O atomy deuteru są izotopami wodoru z jądrami zawierającymi jeden proton i jeden neutron. Ciężką wodę stosuje się między innymi w reaktorach jądrowych, obrazowaniu medycznym i badaniach biologicznych.
Izotopologi wody należą do najtrudniejszych do rozdzielenia, ponieważ ich właściwości są bardzo podobne. Nasza praca zapewniła bezprecedensowy mechanizm rozdzielania izotopologów wody za pomocą metody adsorpcji-separacji.wyjaśnia Cheng Gu
Ciężka woda jest stosowana na przykład w reaktorach jądrowych
Z tego względu nowa technika opiera się na porowatym polimerze koordynacyjnym na bazie miedzi. Tego typu materiały są utworzone z metalowych węzłów powiązanych organicznymi łącznikami. Na potrzeby badań przetestowano dwa rodzaje takich łączników. Te zmieniają się pod wpływem ciepła, co przekłada się na swego rodzaju transfery cząsteczek. Kiedy materiał ulega schłodzeniu, ruch zostaje zatrzymany.
Z tego względu naukowcy wystawili materiały na działanie pary zawierającej mieszaninę normalnej, ciężkiej i półciężkiej wody. W ramach kolejnego etapu delikatnie je podgrzali, co sprawiło, że adsorbowały one normalną wodę znacznie szybciej niż pozostałe dwa izotopologi. Ważny jest przy tam fakt, że opisywany proces zachodził w temperaturze pokojowej.
Czytaj też: Powstał pierwszy mikroskop kwantowy. Do czego może się nam przydać?
Jak wyjaśniają członkowie zespołu kierowanego przez Gu oraz Susumu Kitagawę, adsorpcyjne rozdzielanie izotopologów wody znacząco przeważa nad konwencjonalnymi metodami ze względu na bardzo wysoką selektywność przy pracy w temperaturze pokojowej. Nie powinno więc dziwić, iż naukowcy pozostają optymistami co do tego, że ich dokonania mogą przyczynić się do wydajniejszego rozdzielania innych izotopologów. Szczegóły na ten temat są dostępne w Nature.
