Otázka, ako presne sa protóny pohybujú vodou v elektrickom poli, fascinuje vedcov už celé stáročia. Teraz, viac ako 200 rokov po poslednom nahliadnutí do tohto fenoménu, majú vedci trochu jasno.

V roku 1806 Theodor Grottos predložil hypotézu známu ako Mechanizmus jaskyne Pre „protónový skok“, o tom, ako náboj preteká roztokom vody.

Zatiaľ čo hypotéza Grottos bola na svoju dobu veľmi progresívnym myslením – predchádzajúcou protónyalebo dokonca skutočná štruktúra vody, bola dokonca známa – moderní výskumníci už dlho vedeli, že neposkytla úplné pochopenie toho, čo sa stalo na molekulárnej úrovni.

Najnovšie zistenia na túto tému mohli odhaliť záhadu vyriešením elektronických štruktúr vlhkých protónov, ktoré boli tak dlho nepolapiteľné.

Výsledky naznačujú, že protóny sa pohybujú vo vode vo „vlakoch“ troch molekúl vody, pričom „koľaje“ sú postavené pred vlakom pri jeho napredovaní a ťahajú sa nahor, keď prejde.

Táto slučka môže pokračovať donekonečna a presúvať protóny cez vodu. Zatiaľ čo myšlienka bola navrhnutá skôr, nová štúdia identifikuje inú molekulárnu štruktúru, ktorá najlepšie vyhovuje Grotthussovmu navrhovanému riešeniu, podľa autorov štúdie.

„Diskusie o mechanizme Grottos a povahe rozpustnosti protónov vo vode sa zintenzívnili, pretože ide o jednu z najzákladnejších výziev v chémii,“ Chemik Ehud Pines hovorí: z Ben-Gurionovej univerzity v Negeve v Izraeli.

Nová štúdia je presvedčivá, pretože spája teoretický prístup s fyzikálnym experimentovaním Umožnil to nedávny technologický pokrok. Výskumníci použili Röntgenová absorpčná spektroskopia (XAS) na pozorovanie toho, ako protónové náboje ovplyvňujú elektróny v jednotlivých atómoch kyslíka vo vode.

Ako sa očakávalo, účinok bol väčší na tri molekuly vody, aj keď v rôznej miere na každú jednotlivú molekulu vnútri trojbloku. Vedci našli skupiny troch molekúl, ktoré tvoria reťazce s protónom.

Výskumníci tiež kombinovali chemické simulácie a výpočty na kvantovej úrovni, aby určili interakcie medzi protónmi a susednými molekulami vody, keď sa protóny pohybovali kvapalinou.

„Pochopenie tohto mechanizmu je čistá veda, ktorá posúva hranice našich vedomostí a mení jeden z našich základných konceptov na jeden z najdôležitejších mechanizmov hromadnej dopravy a lodnej dopravy v prírode,“ hovorí Baines.

Tento objav zohráva veľkú úlohu Iné chemické procesyvrátane fotosyntézy, bunkového dýchania a prenosu energie vo vodíkových palivových článkoch.

Nielen pozoruhodné riešenie, ale aj to, ako sa tam výskumníci dostali – testovanie a overovanie teoretických predpovedí na základe experimentálnych výsledkov a naopak, v dlhom a napínavom procese, ktorý od začiatku do konca trval takmer dve desaťročia.

„Každý premýšľal o tomto probléme viac ako 200 rokov, takže bolo pre mňa dosť náročné rozhodnúť sa, že sa tým budem zaoberať,“ hovorí Baines. „O sedemnásť rokov neskôr som vďačný, že som pravdepodobne našiel a predviedol riešenie.“

Pátranie bolo zverejnené v r Medzinárodné vydanie Angewandte Chemie.