12月 1, 2022

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200 年後、物理化学の根本的な謎が解かれた可能性があります: ScienceAlert

200 年後、物理化学の根本的な謎が解かれた可能性があります: ScienceAlert

陽子が電界中の水中をどれだけ正確に移動するかという問題は、何世紀にもわたって科学者を魅了してきました。 この現象に対する最後の洞察から 200 年以上が経過した今、科学者たちはある程度の明確さを持っています。

1806 年、Theodor Grottos は次の仮説を提唱しました。 洞窟の仕組み 「プロトンジャンプ」については、電荷が水の溶液をどのように流れるかについて。

洞窟仮説は当時としては非常に進歩的な考え方でしたが、それ以前に 陽子、または水の実際の構造さえ知られていました – 現代の研究者は、分子レベルで何が起こったのかを完全に理解していないことを長い間知っていました.

このトピックに関する最新の発見は、長い間とらえどころのない湿った陽子の電子構造を解明することにより、謎を解き明かした可能性があります。

この結果は、陽子が 3 つの水分子の「列」の形で水中を移動することを示唆しています。列が進むとその前に「軌道」が作られ、通過すると上方に引っ張られます。

このループは無期限に続き、水の中を陽子を移動させることができます。 このアイデアは以前にも提案されていましたが、研究の著者によると、新しい研究では、Grotthuss の提案された解決策に最もよく適合する別の分子構造が特定されています。

「これは化学における最も基本的な課題の 1 つであるため、Grottos メカニズムとプロトンの水への溶解度の性質に関する議論が激化しています。」 化学者エフード・パインズは次のように述べています。 イスラエルのネゲブのベングリオン大学出身。

新しい研究は、理論的アプローチと物理的実験を組み合わせているため、説得力があります 最近の技術進歩によって可能になった. 使用した研究者 X線吸収分光法 (XAS) プロトン電荷が水中の単一酸素原子の電子にどのように影響するかを観察します。

予想通り、個々の分子ごとに程度は異なりますが、効果は 3 つの水分子でより大きくなりました。 トリプルブロックの中に. 研究者は、プロトンと鎖を形成する 3 つの分子のグループを発見しました。

研究者はまた、量子レベルの化学シミュレーションと計算を組み合わせて、陽子が液体中を移動する際の陽子と隣接する水分子との間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純粋な科学であり、私たちの知識の境界を押し広げ、自然界における大量輸送と輸送の最も重要なメカニズムの 1 つに対する基本概念の 1 つを変更します。」 ベインズ 言う.

この発見は大きな役割を果たします その他の化学プロセス、水素燃料電池における光合成、細胞呼吸、およびエネルギー移動を含みます。

驚くべき解決策だけでなく、研究者がどのようにしてそこにたどり着いたか、つまり実験結果に対して理論的予測をテストして検証し、その逆もまた同様であり、最初から最後まで 20 年近くかかった長く曲がりくねったプロセスでした。

「誰もがこの問題について 200 年以上考えてきたので、私がそれを取り上げることを決めるのは十分に困難でした。」 ベインズ 言う. 「17年後、おそらく解決策を見つけて実証できたことに感謝しています。」

検索が公開されました Angewandte Chemie インターナショナル版.

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