После 200 година, фундаментална загонетка у физичкој хемији је можда решена: СциенцеАлерт

Питање колико се тачно протони крећу кроз воду у електричном пољу фасцинирало је научнике вековима. Сада, више од 200 година након последњег увида у овај феномен, научници имају извесну јасноћу.

Теодор Гротос је 1806. изнео хипотезу познату као Механизам пећина За „протонски скок“, о томе како наелектрисање тече кроз раствор воде.

Док је хипотеза Гроттоса била веома прогресивно размишљање за своје време – које је долазило раније протонаили чак стварна структура воде, чак је била позната – савремени истраживачи одавно знају да није пружила потпуно разумевање онога што се догодило на молекуларном нивоу.

Најновија открића о овој теми су можда откључала мистерију решавањем електронских структура влажних протона које су тако дуго биле неухватљиве.

Резултати сугеришу да се протони крећу кроз воду у „возовима“ од три молекула воде, са „тракама“ изграђеним испред воза док напредује и повлаче се нагоре када прође.

Ова петља се може наставити неограничено да помера протоне кроз воду. Иако је идеја била предложена раније, нова студија идентификује другачију молекуларну структуру која најбоље одговара Гротхусовом предложеном решењу, према ауторима студије.

„Дискусије о механизму Гроттос и природи растворљивости протона у води су се интензивирали, јер је ово један од најосновнијих изазова у хемији“, Хемичар Ехуд Пинес каже: са Универзитета Бен-Гурион у Негеву у Израелу.

Нова студија је убедљива јер комбинује теоријски приступ са физичким експериментисањем Омогућено недавним технолошким напретком. Истраживачи су користили Рендген апсорпциона спектроскопија (КСАС) да посматра како наелектрисања протона утичу на електроне у појединачним атомима кисеоника у води.

Као што се очекивало, ефекат је био већи на три молекула воде, иако у различитом степену на сваки појединачни молекул унутар троструког блока. Истраживачи су пронашли групе од три молекула које формирају ланце са протоном.

Истраживачи су такође комбиновали хемијске симулације и прорачуне на квантном нивоу како би одредили интеракције између протона и суседних молекула воде док су се протони кретали кроз течност.

„Разумевање овог механизма је чиста наука, померање граница нашег знања и мењање једног од наших основних концепата за један од најважнијих механизама масовног транспорта и транспорта у природи“, Бејнс каже.

Ово откриће игра велику улогу Други хемијски процесиукључујући фотосинтезу, ћелијско дисање и пренос енергије у водоничним горивним ћелијама.

Не само изванредно решење, већ и начин на који су истраживачи тамо стигли – тестирање и валидацију теоријских предвиђања у односу на експерименталне резултате, и обрнуто, у дугом и кривудавом процесу који је трајао скоро две деценије од почетка до краја.

„Сви су размишљали о овом проблему више од 200 година, тако да је било довољно изазовно да одлучим да се њиме позабавим,“ Бејнс каже. „Седамнаест година касније, захвалан сам што сам вероватно пронашао и показао решење.

Претрага је објављена у Ангевандте Цхемие Интернатионал Едитион.