Forsker løser en av de hellige gralene i fysisk kjemi etter 17 års forskning

Prof. Ehud Pines er en ikonoklast. Hva annet kan du kalle en vitenskapsmann som brukte 17 år iherdig på å forfølge løsningen på et over 200 år gammelt kjemiproblem som han følte aldri fikk et tilfredsstillende svar ved å bruke metoder ingen andre vitenskapsmenn trodde kunne føre til sannheten? Nå er han bekreftet som anvendt kjemi publiserte en omslagsartikkel som beskriver hvordan eksperimentet hans ble replikert av en annen forskergruppe mens han ble røntgenfotografert for å avsløre løsningen prof. Pines har argumentert for hele tiden.

Spørsmålet er: Hvordan beveger et proton seg gjennom vann? I 1806 foreslo Theodor Grotthuss sin teori, som ble kjent som Grotthuss-mekanismen. Gjennom årene har mange andre forsøkt en oppdatert løsning og innså at Grotthuss strengt tatt var feil, men det forble standard læreboksvar. Inntil nå.

Prof. Ehud Pines foreslo, basert på sine eksperimentelle studier ved Ben-Gurion University of the Negev, sammen med sin Ph.D. student Eve Kozari, og teoretiske studier av Prof. Benjamin Fingerhut om strukturen til Prof. Pines’ protonerte vannklynger, at protonet beveger seg gjennom vann i tog på tre vannmolekyler.

Protontogene “bygger sporene” under dem for deres bevegelse og demonterer deretter sporene og bygger dem opp igjen foran dem for å fortsette. Det er en løkke av spor som forsvinner og dukker opp igjen som fortsetter i det uendelige. Lignende ideer ble fremmet av en rekke forskere tidligere, men ifølge prof. Pines ble de ikke tilordnet den korrekte molekylære strukturen til det hydrerte protonet som ved sine unike trimere strukturelle egenskaper fører til å fremme Grotthuss-mekanismen.

“Debattene om Grotthuss-mekanismen og naturen til protonløsning i vann har blitt opphetet,” sier prof. Pines, “ettersom dette er en av de mest grunnleggende utfordringene i kjemi. Å forstå denne mekanismen er ren vitenskap, og flytter grensene for våre kunnskap og endre en av våre grunnleggende forståelser av en av naturens viktigste masse- og ladningstransportmekanismer.”

Mens de siste årene har ytterligere teoretiske studier bekreftet Prof. Pines’ funn av det hydratiserte protonet i en kjede av tre vannmolekyler, forble det meste av det globale vitenskapelige miljøet som arbeider på feltet motvillige til å akseptere Prof. Pines’ nye modell for protonsolvasjon og bevegelse i vann. Så prof. Pines nådde ut til mangeårige samarbeidspartnere ved Max Born Institute i Tyskland.

De satte sammen et internasjonalt forskerteam organisert av Dr. Erik Nibbering og replikerte eksperimentet, denne gangen røntgen det kjemiske systemet. Røntgeneksperimentet – som krevde spesialdesignet utstyr som kostet millioner av dollar finansiert av European Research Council – bekreftet Prof. Pines’ funn.

Røntgenabsorpsjon (XAS)-eksperimentet målte effekten av protonladningen på strukturen til de indre elektronene i vannets enkelt oksygenatomer. Som forutsagt av prof. Pines, ble det funnet at tre vannmolekyler er mest påvirket av tilstedeværelsen av protonet, hver i forskjellig grad, og danner sammen med protonet protonerte 3-vannsmolekylkjeder eller “tog”.

“Alle har tenkt på dette problemet i over 200 år, så det var en tilstrekkelig utfordring for meg til å bestemme meg for å ta det opp. Sytten år senere er jeg glad for mest sannsynlig å ha funnet og demonstrert løsningen,” sier prof. Pines.

Den neste utgaven av college-kjemibøker kan erstatte beskrivelsen av Grotthuss-mekanismen med “Pines Mechanism”, en idé som kiler prof. Pines, men som bare er en kuriositet sammenlignet med åpenbaringen av å forstå denne grunnleggende mekanismen til en av de vanligste. og grunnleggende prosesser i naturen.

---

---