200년 후, 물리 화학의 근본적인 수수께끼가 풀렸을 수 있습니다: ScienceAlert

양성자가 전기장에서 물을 통해 얼마나 정확하게 이동하는지에 대한 질문은 수세기 동안 과학자들을 매료시켜 왔습니다. 이 현상에 대한 마지막 통찰력이 있은 지 200년 이상이 지난 지금, 과학자들은 어느 정도 명확해졌습니다.

1806년 Theodor Grottos는 다음과 같은 가설을 세웠다. 동굴 메커니즘 “양성자 점프”의 경우 전하가 물 용액을 통해 흐르는 방식.

Grottos 가설은 그 당시에는 매우 진보적인 사고였습니다. 양성자또는 심지어 물의 실제 구조도 알려져 있었습니다. 현대 연구자들은 그것이 분자 수준에서 일어난 일에 대한 완전한 이해를 제공하지 못한다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다.

이 주제에 대한 최신 발견은 오랫동안 파악하기 어려웠던 물 양성자의 전자 구조를 해결함으로써 미스터리를 풀었을 수 있습니다.

결과는 양성자가 3개의 물 분자로 이루어진 “열차”에서 물을 통해 이동하며, 기차가 전진할 때 기차 앞에 “트랙”이 형성되고 지나가면 위쪽으로 당겨진다는 것을 시사합니다.

이 루프는 물을 통해 양성자를 이동시키기 위해 무한정 계속될 수 있습니다. 이 아이디어는 이전에 제안되었지만 새로운 연구는 Grottos가 제안한 솔루션에 가장 잘 맞는 다른 분자 구조를 식별한다고 연구의 저자는 말합니다.

“그로토스 메커니즘과 물에 대한 양성자의 용해도 특성에 대한 논의가 뜨거워졌습니다. 이것이 화학에서 가장 근본적인 도전 중 하나이기 때문입니다.” 화학자 Ehud Pines는 다음과 같이 말합니다. 이스라엘 네게브 벤구리온 대학교에서

새로운 연구는 이론적 접근과 물리적 실험을 결합하기 때문에 매력적입니다. 현대 기술 발전으로 가능해진. 연구원이 사용 X선 흡수 분광법 (XAS) 양성자 전하가 물의 단일 산소 원자에 있는 전자에 어떻게 영향을 미치는지 관찰합니다.

예상대로 효과는 3개의 물 분자에서 더 컸지만 각 개별 분자에 대한 정도는 달랐습니다. 트리플 블록 내부. 연구원들은 양성자와 사슬을 형성하는 3개의 분자 그룹을 발견했습니다.

연구원들은 또한 양자 수준의 화학 시뮬레이션과 계산을 결합하여 양성자가 액체를 통해 이동할 때 양성자와 인접한 물 분자 사이의 상호 작용을 결정했습니다.

“이 메커니즘을 이해하는 것은 우리 지식의 경계를 넓히고 자연에서 가장 중요한 대량 운송 및 운송 메커니즘 중 하나에 대한 기본 개념 중 하나를 변경하는 순수한 과학입니다.” 베인스 라고.

이 발견이 큰 역할을 기타 화학 공정광합성, 세포 호흡 및 수소 연료 전지의 에너지 전달을 포함합니다.

놀라운 솔루션뿐만 아니라 연구원들이 어떻게 거기에 도달했는지, 실험 결과에 대해 이론적 예측을 테스트하고 검증하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

“200년 넘게 모두가 이 문제에 대해 생각해 왔고, 그래서 내가 그것을 받아들이기로 결정할 만큼 충분히 도전적이었습니다.” 베인스 라고. “17년 후, 나는 아마도 해결책을 찾아 시연하게 된 것에 감사드립니다.”

검색은 에 게시되었습니다. Angewandte Chemie 국제 판.