200 yıl sonra, fiziksel kimyadaki temel bir bilmece çözülmüş olabilir: ScienceAlert

Protonların bir elektrik alanında su içinde ne kadar doğru hareket ettiği sorusu yüzyıllardır bilim adamlarını büyülemiştir. Şimdi, fenomene ilişkin son kavrayıştan 200 yıldan fazla bir süre sonra, bilim adamları bir miktar netliğe sahipler.

1806’da Theodor Grottos, olarak bilinen bir hipotez ortaya koydu. mağara mekanizması “Proton sıçraması” için, yükün bir su çözeltisinden nasıl aktığı hakkında.

Grottos hipotezi, zamanı için çok ilerici bir düşünceydi – daha önce geliyordu. protonlarhatta suyun gerçek yapısı bile biliniyordu – modern araştırmacılar uzun zamandır moleküler düzeyde neler olduğuna dair tam bir anlayış sağlamadığını biliyorlardı.

Bu konudaki en son bulgular, uzun süredir anlaşılması zor olan ıslak protonların elektronik yapılarını çözerek gizemi çözmüş olabilir.

Sonuçlar, protonların, üç su molekülünün “trenlerinde” su içinde hareket ettiğini, trenin önünde inşa edilmiş “raylar” ile birlikte hareket ettiğini ve geçtikten sonra yukarı doğru çekildiğini gösteriyor.

Bu döngü, protonları su içinde hareket ettirmek için süresiz olarak devam edebilir. Fikir daha önce önerilmiş olsa da, yeni çalışma, çalışmanın yazarlarına göre Grotthuss’un önerdiği çözüme en iyi uyan farklı bir moleküler yapı tanımlıyor.

“Grottos mekanizması ve protonun sudaki çözünürlüğünün doğası hakkındaki tartışmalar yoğunlaştı, çünkü bu kimyadaki en temel zorluklardan biri.” Kimyager Ehud Pines diyor ki: İsrail’deki Negev Ben-Gurion Üniversitesi’nden Dr.

Yeni çalışma zorlayıcı çünkü teorik bir yaklaşımı fiziksel deneylerle birleştiriyor. Son teknolojik gelişmelerin mümkün kıldığı. Kullanılan araştırmacılar X-ışını absorpsiyon spektroskopisi (XAS), proton yüklerinin sudaki tek oksijen atomlarındaki elektronları nasıl etkilediğini gözlemlemek için.

Beklendiği gibi, her bir molekül üzerinde değişen derecelerde olsa da, etki üç su molekülü üzerinde daha büyüktü. üçlü bloğun içinde. Araştırmacılar, protonla zincir oluşturan üç molekülden oluşan gruplar buldular.

Araştırmacılar ayrıca protonlar sıvı içinde hareket ederken protonlar ve komşu su molekülleri arasındaki etkileşimleri belirlemek için kuantum düzeyinde kimyasal simülasyonları ve hesaplamaları birleştirdi.

“Bu mekanizmayı anlamak, bilgimizin sınırlarını zorlamak ve doğadaki en önemli toplu taşıma ve nakliye mekanizmalarından biri için temel kavramlarımızdan birini değiştirmek, saf bilimdir.” Baines diyor.

Bu keşif büyük bir rol oynuyor Diğer kimyasal işlemlerhidrojen yakıt hücrelerinde fotosentez, hücre solunumu ve enerji transferi dahil.

Sadece dikkate değer çözüm değil, aynı zamanda araştırmacıların oraya nasıl ulaştığını da – başlangıçtan bitişe yaklaşık yirmi yıl süren uzun ve dolambaçlı bir süreçte teorik tahminleri deneysel sonuçlara karşı test etmek ve doğrulamak ve bunun tersi.

“200 yıldan fazla bir süredir herkes bu sorunu düşündü, bu yüzden onu almaya karar vermek benim için yeterince zordu.” Baines diyor. “On yedi yıl sonra, muhtemelen çözümü bulduğum ve gösterdiğim için minnettarım.”

Arama yayınlandı Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü.