Protonun Sudan Geçişi 200 Yıllık Gizemi Çözüyor

Protonların sudan nasıl geçtiğine dair bir model, X-ışını spektroskopisi kullanılarak doğrulandı. Şaşırtıcı bir şekilde, protonların 100 yıldan fazla bir süre sonraya kadar keşfedilmemiş olmasına rağmen, yerini aldığı model 1806’ya dayanıyor.

19. yüzyılın başlarında, elektrik hücresinin keşfi, elektrikle ilgili birçok deneyi mümkün kıldı, ancak gözlem teorinin önüne geçti. Elektrolizi keşfeden bilim insanları, elektrik akımının sudan nasıl geçebileceğini açıklamaya çalıştılar. Dikkate değer bir şekilde, Theodor Grotthuss, bilgisindeki muazzam boşluklara rağmen olağanüstü kalıcı olduğu kanıtlanmış bir çözüm sağladı.

Bununla birlikte, fiziksel kimyacılar, Grotthuss'un açıklamasının değişiklik gerektirdiğini uzun zamandır biliyorlar. 2005 yılında, Negev Ben-Gurion Üniversitesi'nden Profesör Ehud Pines, Grotthuss mekanizmasındaki ilerlemesini sundu, ancak önerisinin kabul edilmesini sağlamakta zorlandı. Ancak şimdi, Angewandte Chemie'de yayınlanan bir makale, Pines'ın teorisine destek sağlıyor ve bunun sonunda şüphecileri kazanacağını umuyor.

Grotthuss'a göre, bir su molekülünden diğerine yük, hortumun geliştirilmesinden önce bir yangını söndürmek isteyen insanlar arasındaki kovalar gibi geçirilir. Grotthuss sadece protonları bilmemekle kalmadı, aynı zamanda (çağdaşları gibi) suyun kimyasal formülünün H₂O değil, HO olduğunu düşündü. Yine de, "proton atlaması" olarak bilinen şey, su moleküllerinin rastgele hareketleri karşısında protonların bir elektrik alanında neden bu kadar kolay dağıldığına dair bilimsel düşüncenin temeli olarak kaldı.

Pines’ın her protonun üç su molekülünden oluşan bir tren oluşturduğu daha gelişmiş bir versiyonu var. Pines, Yanlış Pantolon'daki Grommit gibi, trenlerin önlerinde “raylar inşa ettiğini”, raylar üzerindeymiş gibi suda hareket ettiğini ve yeniden inşa etmek için arkalarındaki yolu söktüklerini ileri sürüyor.

Pines, bu doğrultuda bir şey öneren ilk kişi olmadığını kabul ediyor, ancak proton dizisinin oluşturduğu gerçek moleküler yapıyı tanımladığını iddia ediyor.

Pines bir açıklamada, "Grotthuss mekanizması ve suda proton çözünmesinin doğası hakkındaki tartışmalar hararetli bir hal aldı" dedi, "çünkü bu kimyadaki en temel zorluklardan biridir. Bu mekanizmayı anlamak saf bilimdir, bilgimizin sınırlarını zorlar ve doğanın en önemli kütle ve yük taşıma mekanizmalarından birine ilişkin temel anlayışlarımızdan birini değiştirir."

Böyle bir şüphe karşısında Pines, protonların sudan geçişini gözlemlemek için özel yapım düz jet X-ışını ekipmanı geliştiren bir ekip kurdu. Konunun kimyagerler tarafından önemsenmesiyle, tek başına ekipman milyonlarca dolara mal oldu, ancak Avrupa Araştırma Konseyi bunun yatırıma değer olduğunu düşündü.

Deney, her protonun, üç su molekülündeki oksijen atomlarının elektron yapısını farklı derecelerde değiştirdiğini, daha uzak moleküller üzerinde çok daha zayıf etkileri olan üç moleküllü bir dizi oluşturduğunu ortaya çıkardı.

Pines, "200 yıldan fazla bir süredir herkes bu sorunu düşündü, bu yüzden bu sorunu çözmeye karar vermem için yeterli bir meydan okumaydı." dedi. “On yedi yıl sonra, büyük olasılıkla çözümü bulduğum ve gösterdiğim için memnunum.”

Üniversite kimya kitapları, bir protonun sudaki ilerlemesini açıklamak için hala Grotthuss Mekanizmasını kullanıyor ve “Pines Mekanizması”na geçmeden önce yineleme gerekli olabilir. Bununla birlikte, makale temel bir ilerlemenin sağlanmış olması ihtimalini artırıyor.

Elektroliz, dünyanın düşük karbonlu bir geleceğe dair umutlarının çoğunu taşırken, daha iyi bir anlayışa katkıda bulunan her şey değerli olabilir. Mekanizma ayrıca hidrojen yakıt hücrelerinde ve membran tasarımında iyileştirmelere de yol açabilir.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.