Прохождение протона через воду решает 200-летнюю загадку

В начале 19-го века открытие электрического элемента сделало возможным множество экспериментов с электричеством, но наблюдения опережали теорию. Открыв электролиз, ученые изо всех сил пытались объяснить, как электрический ток может проходить через воду. Примечательно, что Теодор Гроттус предложил решение, которое оказалось исключительно надежным, несмотря на огромные пробелы в его знаниях.

Тем не менее физико-химикам давно известно, что объяснение Гротгуса требует модификации. В 2005 году профессор Эхуд Пайнс из Университета Бен-Гуриона в Негеве представил свои достижения в области механизма Гроттуса, но изо всех сил пытался добиться принятия своего предложения. Теперь, однако, статья, опубликованная в Angewandte Chemie, поддерживает теорию Пайнса.

Согласно Гротгусу, заряд передается от одной молекулы воды к другой, как ведра между людьми, стремящимися потушить огонь, до того, как разовьется шланг. Мало того, что Гротгус не знал о протонах, он (как и его современники) считал, что химическая формула воды - НО, а не Н2О.

«Споры о механизме Гротгуса и природе сольватации протонов в воде разгорелись, поскольку это одна из самых основных проблем в химии. Понимание этого механизма - чистая наука, раздвигающая границы наши знания и изменение одного из наших фундаментальных представлений об одном из самых важных механизмов переноса массы и заряда в природе», - говорится в заявлении Пайнса.

Столкнувшись с такими сомнениями, Пайнс собрал команду, которая разработала специальное плоскоструйное рентгеновское оборудование для наблюдения за прохождением протонов через воду. Одно только оборудование стоило миллионы долларов, но Европейский исследовательский совет счел, что это стоит вложений.

Эксперимент показал, что каждый протон меняет электронную структуру атомов кислорода в трех молекулах воды, но в разной степени, создавая трехмолекулярный шлейф, с гораздо меньшим воздействием на более удаленные молекулы.

«Все думали об этой проблеме более 200 лет, поэтому для меня это было достаточным вызовом, чтобы решиться взяться за нее. 17 лет спустя я рад, что, скорее всего, нашел и продемонстрировал решение», - заявил Пайнс.

В учебниках по химии для университетов до сих пор используется механизм Гротгуса для объяснения продвижения протона в воде, и может потребоваться повторение, прежде чем они перейдут к «механизму Пайнса». Тем не менее, статья увеличивает шансы на фундаментальный прогресс.

Ранее Курсор писал, что физики смогли измерить продолжительность жизни нейтронов. Международная группа исследователей провела самое точное в мире измерение продолжительности жизни нейтрона, которое может помочь ответить на вопросы о ранней Вселенной.

Курсор сообщал, что ученые разгадали многовековую тайну физики. Исследователи Техниона нашли эффективное решение известной проблемы трех тел в физике.

Физики разгадали загадочную тайну нанонауки: почему некоторые сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если поместить их ближе друг к другу.

Напомним, что физики впервые создали «атомный торнадо».