Az a kérdés, hogy a protonok milyen pontosan mozognak a vízben elektromos térben, évszázadok óta foglalkoztatja a tudósokat. Most, több mint 200 évvel a jelenség utolsó bepillantása után, a tudósok tisztában vannak vele.
1806-ban Theodor Grottos egy hipotézist terjesztett elő, amely az úgynevezett Grotto mechanizmus A „protonugráshoz” arról, hogyan áramlik át a töltés egy vízoldatban.
Míg a Grottos-hipotézis a maga idejében nagyon progresszív gondolkodásmód volt – már korábban is protonokvagy akár a víz tényleges szerkezete is ismert volt – a modern kutatók már régóta tudják, hogy ez nem adta meg a molekuláris szinten történt teljes megértését.
A témával kapcsolatos legújabb eredmények feltárhatták a rejtélyt azáltal, hogy megfejtették a nedves protonok elektronikus szerkezetét, amelyek oly sokáig megfoghatatlanok voltak.
Az eredmények azt sugallják, hogy a protonok három vízmolekulából álló „vonatokban” mozognak a vízben, miközben a vonat elé „vágányokat” építettek, amint az halad, és felfelé húzódik, ha elhaladt.
Ez a hurok a végtelenségig folytathatja a protonok vízben való mozgatását. Míg az ötletet már korábban is javasolták, az új tanulmány egy másik molekulaszerkezetet azonosít, amely a legjobban illeszkedik Grotthuss javasolt megoldásához, a tanulmány szerzői szerint.
„A Grottos-mechanizmusról és a protonok vízben való oldhatóságának természetéről szóló viták felerősödtek, mivel ez a kémia egyik legalapvetőbb kihívása” Ehud Pines vegyész azt mondja: az izraeli Negev Ben-Gurion Egyetemen.
Az új tanulmány meggyőző, mert ötvözi az elméleti megközelítést a fizikai kísérletezéssel A legújabb technológiai fejlődés tette lehetővé. A kutatók használtak Röntgen-abszorpciós spektroszkópia (XAS) annak megfigyelésére, hogy a protontöltések hogyan hatnak az egyes oxigénatomokban lévő elektronokra a vízben.
Amint az várható volt, a hatás három vízmolekulán volt nagyobb, bár minden egyes molekulán eltérő mértékben a hármas blokkon belül. A kutatók három molekulából álló csoportokat találtak, amelyek láncot alkotnak a protonnal.
A kutatók kvantumszintű kémiai szimulációkat és számításokat is kombináltak, hogy meghatározzák a protonok és a szomszédos vízmolekulák közötti kölcsönhatásokat, miközben a protonok áthaladnak a folyadékon.
„Ennek a mechanizmusnak a megértése tiszta tudomány, tudásunk határait feszegetjük, és egyik alapkoncepciónkat a természetben történő tömegszállítás és hajózás egyik legfontosabb mechanizmusára változtatjuk.” – mondja Baines.
Ennek a felfedezésnek nagy szerepe van Egyéb kémiai folyamatokbeleértve a fotoszintézist, a sejtlégzést és az energiaátvitelt a hidrogén üzemanyagcellákban.
Nemcsak a figyelemre méltó megoldás, hanem az is, hogy a kutatók hogyan jutottak el odáig – elméleti előrejelzések tesztelése és érvényesítése a kísérleti eredményekhez képest, és fordítva, egy hosszú és kanyargós folyamat során, amely az elejétől a végéig közel két évtizedig tartott.
„Mindenki gondolkodott ezen a problémán több mint 200 éve, így elég nagy kihívás volt számomra, hogy felvállaljam” – mondja Baines. – Tizenhét évvel később hálás vagyok, hogy valószínűleg megtaláltam és bemutattam a megoldást.
A keresést ben tették közzé Angewandte Chemie International Edition.
Lili Farkas az Androbit szerzője, aki hírekkel, politikával, üzleti témákkal, technológiával, sporttal, szórakozással és életmóddal foglalkozik. Célja, hogy közérthető, hasznos és megbízható információkkal segítse az olvasókat az aktuális események és fontos témák követésében.
More Stories
Apple okosgyűrű fejlesztésén dolgozhat – érkezhet az iRing
Rejtélyes marsi jelenséget azonosítottak egy elveszett NASA-űrszonda korábbi adatai alapján
Óriási aszteroida közelíti meg a Földet: a NASA szerint továbbra sincs teljes védelem