200年後、主な物理化学ミステリーが解放された可能性があります：ScienceAlert

プロトンが電場から水を通してどれだけ正確に移動するかについての質問は、何世紀にもわたって科学者を魅了してきました。 この現象についての最後の主要な洞察力があってから200年以上が過ぎた今、科学者たちはある程度明確になりました。

1806年、Theodor Grotthussは次の仮説を立てました。 グロトスメカニズム 水の溶液を通して電荷がどのように流れることができるかについての「プロトンジャンプ」の場合。

グロテュスの仮説は当時としては非常に進歩的だったが、 プロトンあるいは、水の実際の構造についても知られていました。 現代の研究者たちは、それが分子レベルで起こったことの完全な理解を提供していないことを長い間知っていました。

このトピックの最新の発見は、長い間把握することが困難であった水和したプロトンの電子構造を解決することによってその謎を発見したかもしれません。

この発見は、プロトンが3つの水分子からなる「列車」から水を通って移動し、列車が通過すると列車が通過するときに引き上げられる「軌道」を持っていることを示唆しています。

このループは、水を通してプロトンを輸送するために無期限に続くことができます。 このアイデアは以前に提案されていますが、新しい研究はGrotthussによって提案された解決策によりよく適合する他の分子構造を割り当てると研究の著者によると

「Grotthusのメカニズムと水中のプロトン溶媒和の性質についての議論は熱くなりました。これは化学の最も基本的な課題の1つです。」 化学者Ehud Pinesは言います。 イスラエルのネゲヴ・ベングリオン大学で

新しい研究は理論的アプローチと物理的な実験を組み合わせるので魅力的です。 最近技術の発展によって可能になった。 研究者は使用 X線吸収分光法 （XAS）プロトン電荷が水の単一酸素原子の電子にどのように影響するかを監視するための実験。

予想通り、3つの水分子に最大の影響を与えましたが、各個々の分子に与える影響は異なります。 三量体クラスター内。 研究者たちは、プロトンと鎖を形成する3つの分子のグループを見つけました。

研究者たちはまた、量子レベルで化学シミュレーションと計算を統合し、プロトンが液体を通過するときにプロトンと隣接する水分子との相互作用を決定しました。

「このメカニズムを理解することは、私たちの知識の境界を広げ、自然の最も重要な質量と電荷輸送メカニズムの1つの根本的な理解の1つを変える純粋な科学です」 ファインズが言う。

発見は多くの役割を果たします。 その他の化学プロセス光合成、細胞呼吸、水素燃料電池のエネルギー輸送が含まれます。

注目すべきは、ソリューションであるだけでなく、研究者がどのようにこれを達成できるかについてです。 最初から最後まで、ほぼ20年かかった長く曲がりくねった過程で、実験結果の理論的予測をテストし検証し、その逆の場合も同様です。

「誰もがこの問題について200年以上考えていたので、私はそれを受け入れることに決めるのに十分な挑戦でした。」 ファインズが言う。 「17年が過ぎた今、私はおそらく解決策を見つけて実証することに満足しています。」

研究は Angewandte Chemie 国際版。