მეცნიერებს საუკუნეების განმავლობაში აბნევდა წყლის ელექტრულ ველში პროტონების გადაადგილების საკითხი. ამასთან დაკავშირებით ბოლო მნიშვნელოვანი მიგნება 200 წლის წინ ვიხილეთ, თუმცა ახალი კვლევა დამატებით ინფორმაციას გვთავაზობს. ნაშრომი გამოცემაში Angewandte Chemie International Edition გამოქვეყნდა.

1806 წელს თეოდორ გროტუსმა ჰიპოთეზა, სახელად გროტუსის მექანიზმი, წამოაყენა, რომელიც წყლის ხსნარში მუხტის გადაადგილების შესაძლო გზას აღწერდა, "პროტონის ხტომას".

გროტუსის ჰიპოთეზა იმ დროისათვის ბევრ აღმოჩენას უძღოდა წინ (მაშინ პროტონებისა და თავად წყლის ნამდვილი სტრუქტურის შესახებაც კი არ იყო ცნობილი). მეცნიერებმა უკვე რახანია იცოდნენ, რომ იგი მოლეკულურ დონეზე განვითარებული მოვლენების ყოვლისმომცველ ახსნას არ გვთავაზობდა.

მკვლევრებმა ჰიდრატირებული პროტონების ელექტრული სტრუქტურები ახსნეს, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში ბუნდოვანი იყო, რის გამოც შეიძლება, 200-წლიანი გაურკვევლობა დასრულებულად მივიჩნიოთ.

მათი მიგნებით, პროტონები წყალში წყლის სამი მოლეკულის ერთგვარ "მატარებლებში" მოძრაობენ, სადაც მატარებლის წინ "ლიანდაგები" მხოლოდ მისი გავლის დროსაა და მისი ჩავლის შემდეგ ქრება.

ეს პროცესი წყალში პროტონების გადასატანად უსასრულოდ შეიძლება გაგრძელდეს. მართალია, იდეა აქამდეც იყო წამოყენებული, თუმცა კვლევის ფარგლებში მეცნიერებმა განსხვავებული მოლეკულური სტრუქტურა განსაზღვრეს, რომელიც გროტუსის მიერ შემოთავაზებულ პასუხს უკეთ მიესადაგება.

"დროთა განმავლობაში გროტუსის მექანიზმსა და წყალში პროტონის გახსნის ბუნებასთან დაკავშირებული დავა გამძაფრდა, ვინაიდან იგი ქიმიაში ერთ-ერთი არსებითი გამოწვევაა", — აცხადებს ეჰუდ პიინსი, ნეგევის ბენ-გურიონის უნივერსიტეტის (ისრაელი) ქიმიკოსი.

ახალი კვლევა საინტერესოა იმითაც, რომ ტექნოლოგიური წინსვლის შედეგად მეცნიერებმა თეორიული მიდგომა და ფიზიკური ექსპერიმენტირება გააერთიანეს. მათ რენტგენის სხივების შთანთქმის სპექტროსკოპიის (XAS) ექსპერიმენტი გამოიყენეს, რათა დაჰკვირვებოდნენ, როგორ მოქმედებდა პროტონის მუხტი წყლის ცალკეულ ჟანგბადატომთა ელექტრონებზე.

როგორც ფიქრობდნენ, გავლენა ყველაზე დიდი წყლის სამი მოლეკულის შემთხვევაში აღმოჩნდა, თუმცა იგი ტრიმერული კლასტერის თითოეულ მოლეკულაზე მაინც განსხვავებული იყო. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ სამი მოლეკულისაგან შემდგარი ჯგუფები პროტონთან ერთგვარ ჯაჭვებს ქმნის.

მკვლევრებმა პროცესში ქიმიური სიმულაციები და კვანტური დონის გამოთვლებიც ჩართეს, რათა პროტონებსა და მეზობელ წყლის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედებას დაჰკვირვებოდნენ წყალში პროტონების გადაადგილებისას.

აღმოჩენა არაერთ ქიმიურ მოვლენაშია ჩართული, მათ შორის, ფოტოსინთეზში, უჯრედულ სუნთქვასა და ენერგიის გადატანაში წყალბადის სათბობ ელემენტებში.

ამბავში არა მხოლოდ ზუსტი პასუხის მიღებაა მნიშვნელოვანი, არამედ გზაც, რომელიც მეცნიერებმა აქამდე მოსასვლელად გაიარეს — თეორიული პროგნოზების შემოწმება ექსპერიმენტული შედეგების საშუალებით და პირიქით — პროცესი, რომელმაც დასაწყისიდან დასასრულამდე ლამის 2 ათწლეული წაიღო.