Setelah 200 tahun, teka-teki mendasar dalam kimia fisik mungkin telah terpecahkan: ScienceAlert

Pertanyaan tentang seberapa akurat proton bergerak melalui air dalam medan listrik telah memesona para ilmuwan selama berabad-abad. Sekarang, lebih dari 200 tahun setelah wawasan terakhir tentang fenomena tersebut, para ilmuwan memiliki beberapa kejelasan.

Pada tahun 1806, Theodor Grottos mengajukan hipotesis yang dikenal sebagai: Mekanisme gua Untuk “loncatan proton”, tentang bagaimana muatan mengalir melalui larutan air.

Sedangkan hipotesis Grottos adalah pemikiran yang sangat progresif untuk masanya – datang sebelumnya protonatau bahkan struktur air yang sebenarnya, bahkan diketahui – peneliti modern telah lama mengetahui bahwa itu tidak memberikan pemahaman yang lengkap tentang apa yang terjadi pada tingkat molekuler.

Temuan terbaru tentang topik ini mungkin telah membuka misteri dengan memecahkan struktur elektronik proton basah yang telah lama sulit dipahami.

Hasilnya menunjukkan bahwa proton bergerak melalui air dalam “kereta” dari tiga molekul air, dengan “jalur” yang dibangun di depan kereta saat bergerak maju dan menarik ke atas setelah melewatinya.

Lingkaran ini dapat terus bergerak tanpa batas untuk memindahkan proton melalui air. Sementara ide telah diusulkan sebelumnya, studi baru mengidentifikasi struktur molekul berbeda yang paling sesuai dengan solusi yang diusulkan Grotthuss, menurut penulis studi.

“Diskusi tentang mekanisme Grottos dan sifat kelarutan proton dalam air telah meningkat, karena ini adalah salah satu tantangan paling mendasar dalam kimia,” Ahli kimia Ehud Pines berkata: dari Universitas Ben-Gurion Negev di Israel.

Studi baru ini menarik karena menggabungkan pendekatan teoretis dengan eksperimen fisik Dimungkinkan oleh kemajuan teknologi terkini. Peneliti menggunakan Spektroskopi serapan sinar-X (XAS) untuk mengamati bagaimana muatan proton mempengaruhi elektron dalam atom oksigen tunggal dalam air.

Seperti yang diharapkan, efeknya lebih besar pada tiga molekul air, meskipun pada tingkat yang berbeda-beda pada setiap molekul individu di dalam blok tiga. Para peneliti menemukan kelompok tiga molekul yang membentuk rantai dengan proton.

Para peneliti juga menggabungkan simulasi dan perhitungan kimia tingkat kuantum untuk menentukan interaksi antara proton dan molekul air yang berdekatan saat proton bergerak melalui cairan.

“Memahami mekanisme ini adalah ilmu murni, mendorong batas-batas pengetahuan kita dan mengubah salah satu konsep dasar kita untuk salah satu mekanisme transportasi massal dan pengiriman yang paling penting di alam,” Baines mengatakan.

Penemuan ini memainkan peran besar Proses kimia lainnyatermasuk fotosintesis, respirasi sel, dan transfer energi dalam sel bahan bakar hidrogen.

Bukan hanya solusi yang luar biasa tetapi juga bagaimana para peneliti sampai di sana—menguji dan memvalidasi prediksi teoretis terhadap hasil eksperimen, dan sebaliknya, dalam proses yang panjang dan berliku yang memakan waktu hampir dua dekade dari awal hingga akhir.

“Semua orang telah memikirkan masalah ini selama lebih dari 200 tahun, jadi cukup menantang bagi saya untuk memutuskan untuk mengambilnya,” Baines mengatakan. “Tujuh belas tahun kemudian, saya bersyukur bahwa saya mungkin menemukan dan menunjukkan solusinya.”

Pencarian dipublikasikan di Angewandte Chemie Edisi Internasional.