მეცნიერებს უკვე საუკუნეებია აჯადოებთ კითხვა იმის შესახებ, თუ როგორ ზუსტად მოძრაობენ პროტონები წყალში, ელექტრულ ველში. ახლა, ამ ფენომენის შესახებ მიღებული ბოლო მნიშვნელოვანი ცნობიდან 200 წლის შემდეგ, მეცნიერებს უკვე აქვთ გარკვეული პასუხი.
1806 წელს, გერმანელმა ქიმიკოსმა თეოდორ გროტჰუსმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომელსაც „პროტონების ხტუნაობის“ გროტჰუსის მექანიზმი უწოდეს და აღწერდა, როგორ შეიძლება მოძრაობდეს მუხტი წყლის ხსნარში.
მიუხედავად იმისა, რომ გროტჰუსის ჰიპოთეზა იმ დროს ძლიერ წინწასული იყო და იქამდე გაჩნდა, ვიდრე პროტონების ან თავად წყლის ნამდვილი სტრუქტურის შესახებ გახდებოდა ცნობილი, თანამედროვე მკვლევრებმა უკვე დიდი ხანია იციან, რომ არ გვთავაზობს სრულყოფილ წარმოდგენას იმის შესახებ, თუ რა ხდება მოლეკულურ დონეზე.
ამ საკითხზე გაკეთებულმა ახალმა აღმოჩენამ შეიძლება ამ საიდუმლოს ნათელი მოჰფინოს, რადგან ამოხსნა იმ ჰიდრატირებულ პროტონთა ელექტრული სტრუქტურა, რომლებიც ამდენი ხნის განმავლობაში მოუხელთებელნი იყვნენ.
როგორც აღმოჩენა მიუთითებს, პროტონები წყალში წყლის სამი მოლეკულის „მატარებლებით“ მოძრაობენ, მატარებლის წინ აშენებული „ლიანდაგებით“ როდესაც ის მიდის და გავლისთანავე ქრება.
ეს მარყუჟი შეიძლება განუსაზღვრელი ვადით გაგრძელდეს პროტონების წყალში გადასატანად. მართალია, მოსაზრება აქამდეც არსებობდა, მაგრამ ახალი კვლევა ადგენს განსხვავებულ მოლეკულურ სტრუქტურას, რომელიც მეცნიერთა განცხადებით, უკეთესად ერგება გროტჰუსის მიერ შემოთავაზებულ გამოსავალს.
„დებატები გროტჰუსის მექანიზმისა და წყალში პროტონების ჰიდრატირების ბუნების შესახებ სულ უფრო გაცხარდა, რადგან ის ქიმიის ერთ-ერთი ყველაზე საბაზისო გამოწვევაა“, — ამბობს ისრაელის ბენ-გურიონის უნივერსიტეტის ქიმიკოსი ეჰუდ პაინსი.
ახალი კვლევა დამაჯერებელია, რადგან თეორიულ მიდგომას აერთიანებს იმ ფიზიკურ ექსპერიმენტთან, რომელიც ახალმა ტექნოლოგიურმა მიღწევებმა გახადა შესაძლებელი. მკვლევრები რენტგენული შთანთქმის სპექტროსკოპიის (XAS) ექსპერიმენტით დააკვირდნენ, რა გავლენას ახდენს პროტონის მუხტები წყალში ჟანგბადის ერთი ატომის ელექტრონებზე.
როგორც მოსალოდნელი იყო, გავლენა უძლიერესი აღმოჩნდა წყლის სამ მოლეკულაზე, მაგრამ სხვადასხვა მასშტაბით, წყლის ტრიმერული კლასტერის თითოეულ მოლეკულაზე. მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ სამი მოლეკულისგან შემდგარი ჯგუფები პროტონთან ჯაჭვებს ქმნიან.
მკვლევრებმა ასევე ჩაატარეს ქიმიური სიმულაციები და გამოთვლები კვანტურ დონეზე, რათა განესაზღვრათ ურთიერთქმედება პროტონებსა და წყლის მეზობელ მოლეკულებს შორის მაშინ, როდესაც პროტონები სითხეში მოძრაობენ.
„ამ მექანიზმის გაგება ნამდვილი მეცნიერებაა, რომელიც ჩვენს ცოდნას საზღვრებს მიღმა სწევს და ცვლის ჩვენს ერთ-ერთ ფუნდამენტურ წარმოდგენას ბუნების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მასის ბუნებისა და მუხტების ტრანსპორტირების მექანიზმის შესახებ“, — ამბობს პაინსი.
აღმოჩენა ბევრ სხვა ქიმიურ პროცესშიც მონაწილეობს, მათ შორის ფოტოსინთეზში, უჯრედის სუნთქვაში და წყალბადის სათბობ ელემენტში ენერგიის ტრანსპორტირებაში.
მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ ამ თავსატეხის ამოხსნა, არამედ ისიც, თუ როგორ მიაღწიეს ამას მკვლევრებმა — თეორიული პროგნოზების დატესტვა და დადასტურება ექსპერიმენტული შედეგების პირისპირ და პირიქით, თანაც საკმაოდ გრძელ, რთულ პროცესებში, რომლებიც თითქმის ოცი წლის განმავლობაში მიმდინარეობდა.
„უკვე 200 წელიწადია, ამ პრობლემის შესახებ ყველა ფიქრობდა, რაც ჩემთვის საკმარისი გამოწვევა აღმოჩნდა, რათა მისი გადაწყვეტა ჩემს თავზე ამეღო. მოხარული ვარ, რომ 17 წლის შემდეგ, გამოსავალი სავარაუდოდ ვიპოვე“, — აღნიშნავს პაინსი.
კვლევა Angewandte Chemie International Edition-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია in.bgu.ac.il-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
