Wszystko zaczęło się w 1806 r., kiedy to Theodor Grotthuss wysunął hipotezę, znaną jako mechanizm Grotthussa, dotyczącą “skoków protonów”. Opisuje ona, jak ładunek może przepływać przez roztwór wody.
Mechanizm Grotthusa był bardzo nowoczesny jak na swoje czasy, współcześni chemicy wiedzą, że nie gwarantuje pełnego zrozumienia zachowania protonów z poziomu molekularnego. Najnowsze odkrycia mogą być “brakującym puzzlem”, który zapewni pełny obraz sytuacji. Szczegóły opisano w czasopiśmie Angewandte Chemie.
Pociągi protonów
Prof. Ehud Pines z Uniwersytetu Ben-Guriona w Negev zasugerował, że protony poruszają się w wodzie w “pociągach” składających się z trzech cząsteczek wody. Pociąg protonowy “buduje tory” pod sobą dla swojego ruchu, a następnie demontuje tory i odbudowuje je przed sobą, by móc dalej jechać. Jest to pętla znikających i pojawiających się ponownie torów, która trwa bez końca. To rewolucyjna i bardzo odważna koncepcja, która wreszcie została poparta dowodami.
Czytaj też: Wodór i hel dziwnie się zachowują. Naukowcy spojrzeli na ich protony
Podobne pomysły wysuwało w przeszłości wielu naukowców, jednak zdaniem prof. Pinesa nie były one przypisane do właściwej struktury molekularnej uwodnionego protonu, który poprzez swoje unikalne trimeryczne właściwości strukturalne prowadzi do promowania mechanizmu Grotthussa.
Debaty na temat mechanizmu Grotthussa i natury solwatacji protonów w wodzie były gorące, ponieważ jest to jedno z najbardziej podstawowych wyzwań w chemii. Zrozumienie tego mechanizmu to czysta nauka, przesuwająca granice naszej wiedzy i zmieniająca jedno z naszych poznanie jednego z najważniejszych w naturze mechanizmów transportu masy i ładunków.Prof. Ehud Pines
Chociaż badania teoretyczne z poprzednich lat potwierdzały hipotezę prof. Pinesa, większość środowiska naukowego pozostawała w stosunku do niego niechętna. Prof. Pines zwrócił się więc do swoich długoletnich współpracowników z Instytutu Maxa Borna w Niemczech i powtórzył eksperyment, prześwietlając układ chemiczny promieniami rentgenowskimi.
Czytaj też: Urządzenie o grubości liczonej w atomach. Jak chemia umożliwiła stworzenie elektroniki?
Zgodnie z przewidywaniami prof. Pinesa stwierdzono, że trzy cząsteczki wody najbardziej odczuwają obecność protonu, każda w innym stopniu – razem z protonem tworzą protonowane łańcuchy lub “pociągi” 3 cząsteczek wody.
Wszyscy zastanawiali się nad tym problemem przez ponad 200 lat, więc było to dla mnie wystarczające wyzwanie, by zdecydować się na jego podjęcie. Siedemnaście lat później jestem zadowolony, że najprawdopodobniej znalazłem i zademonstrowałem rozwiązanie.Prof. Ehud Pines
W niedalekiej przyszłości w podręcznikach do chemii uniwersyteckiej opis mechanizmu Grotthussa może zostać zastąpiony “mechanizmem Pinesa”.
