لقد أذهل السؤال عن مدى دقة تحرك البروتونات عبر الماء في مجال كهربائي العلماء لعدة قرون. الآن ، بعد أكثر من 200 عام من آخر نظرة ثاقبة للظاهرة ، أصبح لدى العلماء بعض الوضوح.
في عام 1806 ، اقترح تيودور غروثوس فرضية أصبحت معروفة آلية جروتوس بالنسبة لـ “قفز البروتون” ، حول كيفية تدفق الشحنة عبر محلول مائي.
كانت فرضية جروتوس ذات تفكير تقدمي للغاية لوقتها – في المستقبل البروتوناتأو حتى التركيب الفعلي للماء كان معروفًا – فقد عرف الباحثون الحديثون منذ فترة طويلة أن هذا لم يوفر فهمًا كاملاً لما حدث على المستوى الجزيئي.
قد تكون الاكتشافات الحديثة حول هذا الموضوع قد حلت اللغز عن طريق حل الهياكل الإلكترونية بعيدة المنال للبروتونات المائية.
تشير النتائج إلى أن البروتونات تتحرك عبر الماء على “قطارات” مكونة من ثلاثة جزيئات ماء ، وتتشكل “مسارات” أثناء مرور القطار وسحبها لأعلى أثناء مروره.
تستمر هذه الحلقة إلى أجل غير مسمى في نقل البروتونات عبر الماء. على الرغم من اقتراح هذه الفكرة من قبل ، إلا أن الدراسة الجديدة تحدد بنية جزيئية مختلفة تتناسب بشكل أفضل مع الحل الذي اقترحه Grothus ، وفقًا لمؤلفي الدراسة.
“اشتعلت النقاشات حول آلية Grotesque وقابلية ذوبان البروتون في الماء لأنه أحد أهم التحديات الأساسية في الكيمياء.” يقول الكيميائي إيهود باينز من جامعة بن غوريون في النقب ، إسرائيل.
الدراسة الجديدة مقنعة لأنها تجمع بين النهج النظري والاختبار البدني أصبح ممكنا من خلال التطورات التكنولوجية الحديثة. استخدم الباحثون ملف مطيافية امتصاص الأشعة السينية (XAS) تجربة تراقب كيف تؤثر شحنات البروتون على الإلكترونات الموجودة في ذرات الأكسجين في الماء.
كما هو متوقع ، كان التأثير أكبر على جزيئات الماء الثلاثة ، وإن بدرجات مختلفة في كل جزيء. داخل الكتلة الثلاثية. وجد الباحثون مجموعات من ثلاث جزيئات تشكل سلاسل مع البروتون.
جمع الباحثون بين عمليات المحاكاة والحسابات الكيميائية على المستوى الكمومي لتحديد التفاعلات بين البروتونات وجزيئات الماء المجاورة أثناء تحركها عبر السائل.
“فهم هذه الآلية هو علم خالص ، يدفع بحدود معرفتنا ويغير فهمنا الأساسي لواحدة من أهم آليات النقل الجماعي والشحن في الطبيعة.” يقول باينز.
يلعب الاكتشاف الكثير عمليات كيميائية أخرىبما في ذلك التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي ونقل الطاقة في خلايا وقود الهيدروجين.
إنه ليس الحل الرائع فقط ، ولكن كيف تمكن الباحثون من الحصول عليه – اختبار والتحقق من صحة التنبؤات النظرية مقابل النتائج التجريبية.
“كان الجميع يفكر في هذه المشكلة لأكثر من 200 عام ، لذلك كان التحدي كافياً بالنسبة لي لأواجهها.” يقول باينز. “بعد سبعة عشر عامًا ، أنا سعيد لأنني وجدت الحل وأثبتته.”
نشرت في الأطروحة Angewandte Chemie International Edition.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”
More Stories
تم نشر الشراع الشمسي المتقدم التابع لناسا بنجاح في الفضاء: تنبيه علمي
رائدا فضاء ناسا بوتش ويلمور وسوني ويليامز يصلان إلى فلوريدا في أول رحلة فضائية مأهولة لشركة بوينغ.
كيف يستعد العلماء لاقتراب أبوفيس من الأرض بشكل مثير للقلق؟