Разгадаха ключова мистерия в сферата на химията след близо 200 години
Въпросът по какъв начин тъкмо протоните се движат през вода в електрическо поле вълнува учените от епохи наред. Сега, близо 200 години, откакто през 1806 година Теодор Гротус основава хипотезата, известна като механизма на Гротус, за метода, по който заряд се придвижва през воден разтвор, към този момент разполагаме с повече изясненост за този феномен.
Макар и за времето си тази догадка да е изключително напредничава (тя се появява в миг, в който към момента не знаем за съществуването нито на протоните, нито пък сме осведомени с действителната конструкция на водата), актуалните откриватели са наясно с обстоятелството, че тя не дава цялостна картина на протичащото се на молекулярно равнище.
Най-новите открития, наподобява, разплитат тази тайнственост, като разгадават електронната конструкция на неуловимите хидратирани протони. Те демонстрират, че протоните се движат през водата под формата на „ влакове “ с три водни молекули и по „ релси “, издигнати пред самия благодарение на тези, по които към този момент е минал.
Този цикъл на преместване на протони през водата може да продължава до безконечност. Въпреки че тази концепция е предлагана и по-рано, новото проучване приказва за друга молекулярна конструкция, която пасва по-добре на решението, препоръчано от Гротус, споделят неговите създатели.
„ Дебатите по отношение на механизма на Гротус и естеството на прекосяване на протони през вода се разгорещиха и това е едно от най-основните провокации в областта на химията “, споделя проф. Ехуд Пайнс от университета Бен-Гурион в Негев, Израел.
Новото проучване е извънредно забавно, защото съчетава в себе си научен метод с действителен опит, сбъднат с помощта на напредъка в областта на технологиите. Изследователите употребяват специфичен вид рентгенова спектроскопия (XAS), с цел да следят по какъв начин протоните въздействат на електроните във водните молекули, съдържащи един атом О2.
Както и чакат, учените откриват, че резултатът е максимален върху три водни молекули, въпреки и всяка една от тези молекули в тримерния куп да е наранена по друг метод. Също по този начин излиза наяве, че групите от три молекули образуват вериги с протона.
Изследователите употребяват и химични симулации и калкулации на квантово равнище, с цел да дефинират взаимоотношенията сред протоните и прилежащите водни молекули, до момента в който протоните се движат през течността.
„ Разбирането на този механизъм съставлява чиста просвета, уголемява границите на съзнанието ни и трансформира едно от главните ни разбирания за един от най-важните естествени механизми за преместване на маса и заряд “, споделя Пайнс.
Откритието е значимо и за доста други химични процеси, в това число фотосинтеза, клетъчно дишане и превоз на сила във водородни горивни кафези.
Освен това в тази ситуация е значимо както самото решението на казуса, по този начин и методът, по който откривателите доближават до него – те тестват и удостоверяват теоретични прогнози благодарение на пробни резултати и противоположното в границите на един дълъг и тежък развой, който продължава близо две десетилетия.
„ Всички мислеха по този проблем повече от 200 години, тъй че това беше задоволително огромно предизвикателство за мен, с цел да реша да се захвана с него “, споделя Пайнс. „ 17 години по-късно съм удовлетворен, че по всяка възможност открих и демонстрирах решението. “
Изследването е оповестено в Angewandte Chemie International Edition.
Източник: Science Alert
