Klausimas, kaip tiksliai protonai juda vandeniu elektriniame lauke, mokslininkus žavėjo šimtmečius. Dabar, praėjus daugiau nei 200 metų po paskutinės šio reiškinio įžvalgos, mokslininkai turi tam tikrą aiškumą.

1806 m. Theodoras Grottosas iškėlė hipotezę, žinomą kaip Grotų mechanizmas Dėl „protonų šuolio” apie tai, kaip krūvis teka per vandens tirpalą.

Tuo tarpu Grotos hipotezė buvo labai progresyvus mąstymas savo laikui – atėjus anksčiau protonųar net tikroji vandens sandara, netgi buvo žinoma – šiuolaikiniai tyrinėtojai jau seniai žinojo, kad tai nepateikė visiško supratimo, kas įvyko molekuliniu lygmeniu.

Naujausios šios temos išvados galėjo atskleisti paslaptį, išspręsdamos šlapių protonų elektronines struktūras, kurios taip ilgai buvo sunkiai suvokiamos.

Rezultatai rodo, kad protonai juda vandeniu trijų vandens molekulių „traukiniais“, o traukiniui važiuojant į priekį yra nutiesti „takeliai“ ir traukiami aukštyn, kai jis pravažiuoja.

Ši kilpa gali tęstis neribotą laiką, kad protonai judėtų per vandenį. Nors idėja buvo pasiūlyta anksčiau, naujajame tyrime nustatyta kitokia molekulinė struktūra, kuri geriausiai atitinka Grotthusso pasiūlytą sprendimą, teigia tyrimo autoriai.

„Diskusijos apie Grotos mechanizmą ir protonų tirpumo vandenyje pobūdį suaktyvėjo, nes tai yra vienas iš svarbiausių chemijos iššūkių“, – sakė jis. Chemikas Ehudas Pinesas sako: iš Negevo Ben-Guriono universiteto Izraelyje.

Naujasis tyrimas yra įtikinamas, nes jame teorinis požiūris derinamas su fiziniais eksperimentais Tai tapo įmanoma dėl naujausių technologijų pažangos. Tyrėjai naudojo Rentgeno spindulių sugerties spektroskopija (XAS) stebėti, kaip protonų krūviai veikia atskirų deguonies atomų elektronus vandenyje.

Kaip ir tikėtasi, poveikis buvo didesnis trims vandens molekulėms, nors ir skirtingu laipsniu kiekvienai atskirai molekulei trigubo bloko viduje. Tyrėjai rado trijų molekulių grupes, kurios sudaro grandines su protonu.

Tyrėjai taip pat sujungė kvantinio lygio cheminius modeliavimus ir skaičiavimus, kad nustatytų protonų ir kaimyninių vandens molekulių sąveiką, kai protonai judėjo per skystį.

„Šio mechanizmo supratimas yra grynas mokslas, stumiantis mūsų žinių ribas ir keičiantis vieną iš pagrindinių mūsų koncepcijų, kad būtų vienas svarbiausių masinio transporto ir laivybos gamtoje mechanizmų. Baines sako.

Šis atradimas vaidina didelį vaidmenį Kiti cheminiai procesaiįskaitant fotosintezę, ląstelių kvėpavimą ir energijos perdavimą vandenilio kuro elementuose.

Ne tik puikus sprendimas, bet ir tai, kaip mokslininkai ten pateko – teorinių prognozių tikrinimas ir patvirtinimas, palyginti su eksperimentiniais rezultatais, ir atvirkščiai, per ilgą ir vingiuotą procesą, kuris nuo pradžios iki pabaigos užtruko beveik du dešimtmečius.

„Kiekvienas galvojo apie šią problemą daugiau nei 200 metų, todėl man buvo pakankamai sunku nuspręsti, kaip ją spręsti. Baines sako. – Po septyniolikos metų esu dėkingas, kad tikriausiai radau ir pademonstravau sprendimą.

Paieška buvo paskelbta m Angewandte Chemie International Edition.