Întrebarea cu cât de precis se mișcă protonii prin apă într-un câmp electric i-a fascinat pe oamenii de știință de secole. Acum, la mai bine de 200 de ani de la ultima perspectivă asupra fenomenului, oamenii de știință au o oarecare claritate.
În 1806, Theodor Grottos a prezentat o ipoteză cunoscută ca Mecanismul grotelor Pentru „salt de protoni”, despre modul în care sarcina curge printr-o soluție de apă.
În timp ce ipoteza Grottos a fost o gândire foarte progresivă pentru timpul său – venind înainte protonisau chiar structura reală a apei, era chiar cunoscută – cercetătorii moderni știu de mult că nu a oferit o înțelegere completă a ceea ce s-a întâmplat la nivel molecular.
Ultimele descoperiri pe acest subiect ar fi putut debloca misterul prin rezolvarea structurilor electronice ale protonilor umezi care au fost evazive atât de mult timp.
Rezultatele sugerează că protonii se mișcă prin apă în „trenuri” a trei molecule de apă, cu „șine” construite în fața trenului pe măsură ce acesta avansează și trăgând în sus odată ce acesta a trecut.
Această buclă poate continua la nesfârșit să mute protonii prin apă. În timp ce ideea a fost propusă înainte, noul studiu identifică o structură moleculară diferită care se potrivește cel mai bine cu soluția propusă de Grotthuss, potrivit autorilor studiului.
„Discuțiile despre mecanismul Grottos și natura solubilității protonului în apă s-au intensificat, deoarece aceasta este una dintre cele mai fundamentale provocări în chimie.” Chimistul Ehud Pines spune: de la Universitatea Ben-Gurion din Negev din Israel.
Noul studiu este convingător, deoarece combină o abordare teoretică cu experimentarea fizică Făcut posibil de recentele progrese tehnologice. Cercetătorii au folosit Spectroscopie de absorbție cu raze X (XAS) pentru a observa modul în care sarcinile protonilor afectează electronii din atomii de oxigen unici din apă.
După cum era de așteptat, efectul a fost mai mare asupra a trei molecule de apă, deși în grade diferite pentru fiecare moleculă individuală. în interiorul blocului triplu. Cercetătorii au descoperit grupuri de trei molecule care formează lanțuri cu protonul.
Cercetătorii au combinat, de asemenea, simulări și calcule chimice la nivel cuantic pentru a determina interacțiunile dintre protoni și moleculele de apă învecinate pe măsură ce protonii se mișcau prin lichid.
„Înțelegerea acestui mecanism este știință pură, împingând granițele cunoștințelor noastre și schimbând unul dintre conceptele noastre de bază pentru unul dintre cele mai importante mecanisme de transport în masă și transport maritim din natură.” spune Baines.
Această descoperire joacă un rol important Alte procese chimiceinclusiv fotosinteza, respirația celulară și transferul de energie în celulele de combustibil cu hidrogen.
Nu doar soluția remarcabilă, ci și modul în care cercetătorii au ajuns acolo – testând și validând predicțiile teoretice față de rezultatele experimentale și invers, într-un proces lung și sinuos care a durat aproape două decenii de la început până la sfârșit.
„Toată lumea s-a gândit la această problemă de peste 200 de ani, așa că a fost destul de dificil pentru mine să decid să o rezolv.” spune Baines. „Șaptesprezece ani mai târziu, sunt recunoscător că probabil am găsit și am demonstrat soluția”.
Căutarea a fost publicată în Angewandte Chemie International Edition.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”