معمای کلیدی شیمی فیزیک پس از ۲۰۰ سال حل شد

این سوال که چگونه پروتون ها در یک میدان الکتریکی دقیقاً در آب حرکت می کنند، قرن ها دانشمندان را مجذوب خود کرده است. اکنون، بیش از 200 سال پس از آخرین بینش عمده در مورد این پدیده، دانشمندان تا حدودی آن را شفاف سازی کرده اند.
به گزارش تک ناک، در سال 1806، تئودور گروتوس فرضیه ای را مطرح کرد که به مکانیسم گروتوس برای «پرش پروتون» معروف شد، در مورد اینکه چگونه یک بار ممکن است از طریق محلول آب جریان یابد.

در حالی که فرضیه گروتوس برای زمان خود بسیار آینده نگر بود پیش از اینکه پروتون ها، یا حتی ساختار واقعی آب حتی شناخته شوند محققان امروزی مدت هاست می دانند که این فرضیه درک کاملی از آنچه در سطح مولکولی رخ داده است، ارائه نمی‌کند.
آخرین یافته‌ها در مورد این موضوع ممکن است با حل ساختارهای الکترونیکی پروتون‌های هیدراته که برای مدت طولانی گریزان مانده‌اند، این راز را کشف کرده باشد.
یافته‌ها نشان می‌دهد که پروتون‌ها در قطارهایی متشکل از سه مولکول آب در میان آب ، با ریل هایی که در جلوی این قطار در حین حرکت ساخته شده‌اند حرکت می‌کنند و پس از عبور از روی ریل ها به بالا کشیده می‌شوند.
این حلقه می تواند برای انتقال پروتون ها از طریق آب به طور نامحدود ادامه یابد. به گفته نویسندگان مطالعه، در حالی که این ایده قبلاً پیشنهاد شده بود، مطالعه جدید ساختار مولکولی متفاوتی را اختصاص می‌دهد که بهتر با مدل پیشنهادی گروتوس مطابقت دارد.
مطالعه جدید قانع‌کننده است زیرا رویکردی نظری را با آزمایش‌های فیزیکی ترکیب می‌کند که با پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر امکان‌پذیر شده است. محققان از آزمایش طیف‌سنجی جذب پرتو ایکس (XAS) برای نظارت بر چگونگی تأثیر بارهای پروتون بر الکترون‌ها در تک اتم‌های اکسیژن آب استفاده کردند.
محققان همچنین شبیه‌سازی‌ها و محاسبات شیمیایی در سطح کوانتومی را برای تعیین برهم‌کنش‌های بین پروتون‌ها و مولکول‌های آب همسایه در حین حرکت پروتون‌ها در مایعات ترکیب کردند.
پینز می‌گوید: درک این مکانیسم یک علم ناب است که مرزهای دانش ما را جابجا می‌کند و یکی از درک‌های اساسی ما از یکی از مهم‌ترین مکانیسم‌های انتقال جرم و بار طبیعت را تغییر می‌دهد.
این کشف در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی دیگر از جمله فتوسنتز، تنفس سلولی و انتقال انرژی در سلول های سوختی هیدروژنی نقش دارد.
این تنها راه حل قابل توجه نیست، بلکه چگونگی دستیابی محققان به آن است یعنی آزمایش و اعتبارسنجی پیش بینی های نظری در برابر نتایج تجربی، و بالعکس در یک فرآیند طولانی و پر پیچ و خم که تقریباً دو دهه از ابتدا تا انتها طول کشیده است.
پینز می‌گوید: همه بیش از 200 سال در مورد این مشکل فکر می‌کردند، بنابراین برای من چالش کافی برای تصمیم‌گیری برای حل آن بود. 17 سال بعد، خوشحالم که به احتمال زیاد راه حل را پیدا کرده و نشان داده ام.