Después de 200 años, un rompecabezas fundamental en química física puede haberse resuelto: ScienceAlert

La cuestión de la precisión con la que los protones se mueven a través del agua en un campo eléctrico ha fascinado a los científicos durante siglos. Ahora, más de 200 años después del último descubrimiento del fenómeno, los científicos tienen algo de claridad.

En 1806, Theodor Grottos planteó una hipótesis conocida como mecanismo de grutas Para «salto de protones», sobre cómo fluye la carga a través de una solución de agua.

Mientras que la hipótesis de las Grutas era un pensamiento muy progresista para su época, antes de protoneso incluso la estructura real del agua, incluso se conocía: los investigadores modernos saben desde hace mucho tiempo que no proporcionó una comprensión completa de lo que sucedió a nivel molecular.

Los últimos hallazgos sobre este tema pueden haber descifrado el misterio al resolver las estructuras electrónicas de los protones húmedos que han sido esquivos durante tanto tiempo.

Los resultados sugieren que los protones se mueven a través del agua en «trenes» de tres moléculas de agua, con «pistas» construidas frente al tren a medida que avanza y tirando hacia arriba una vez que ha pasado.

Este bucle puede continuar indefinidamente para mover protones a través del agua. Si bien la idea se ha propuesto anteriormente, el nuevo estudio identifica una estructura molecular diferente que se ajusta mejor a la solución propuesta por Grotthuss, según los autores del estudio.

«Las discusiones sobre el mecanismo de Grottos y la naturaleza de la solubilidad del protón en agua se han intensificado, ya que este es uno de los desafíos más fundamentales de la química». El químico Ehud Pines dice: de la Universidad Ben-Gurion del Negev en Israel.

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El nuevo estudio es convincente porque combina un enfoque teórico con la experimentación física. Posible gracias a los recientes avances tecnológicos. Los investigadores utilizaron espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para observar cómo las cargas de protones afectan a los electrones en átomos de oxígeno individuales en el agua.

Como era de esperar, el efecto fue mayor en tres moléculas de agua, aunque en diferentes grados en cada molécula individual. dentro del bloque triple. Los investigadores encontraron grupos de tres moléculas que forman cadenas con el protón.

Los investigadores también combinaron simulaciones y cálculos químicos a nivel cuántico para determinar las interacciones entre los protones y las moléculas de agua vecinas a medida que los protones se movían a través del líquido.

“Comprender este mecanismo es ciencia pura, empujar los límites de nuestro conocimiento y cambiar uno de nuestros conceptos básicos por uno de los mecanismos más importantes de transporte masivo y envío en la naturaleza”. baines dice.

Este descubrimiento juega un papel importante Otros procesos químicosincluida la fotosíntesis, la respiración celular y la transferencia de energía en pilas de combustible de hidrógeno.

No solo la notable solución, sino también cómo llegaron allí los investigadores: probar y validar las predicciones teóricas con los resultados experimentales, y viceversa, en un proceso largo y sinuoso que tomó casi dos décadas de principio a fin.

«Todo el mundo ha pensado en este problema durante más de 200 años, por lo que fue lo suficientemente desafiante como para decidir abordarlo». baines dice. «Diecisiete años después, estoy agradecido de haber encontrado y demostrado la solución».

La búsqueda fue publicada en Edición internacional de Angewandte Chemie.

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