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Dopo 17 anni di ricerca, lo scienziato risolve uno dei Sacri Graal della chimica fisica

Wissenschaftler löst nach 17 Jahren Forschung einen der heiligen Grale der physikalischen Chemie

Sezioni d’urto assolute scalate per atomo di ossigeno. Sezioni d’urto assolute per atomo di ossigeno per una gamma di frequenze più ampia, derivate dalle misurazioni XAS su complessi di protoni idrati e sull’acqua in acetonitrile. Riconoscimento: Edizione internazionale di Angewandte Chemie (2022). DOI: 10.1002/anie.202211066

Il Prof. Ehud Pines è un iconoclasta. Cos’altro puoi chiamare uno scienziato che ha trascorso 17 anni alla ricerca ostinata della soluzione a un problema chimico di oltre 200 anni che credeva non avesse mai ricevuto una risposta soddisfacente usando metodi che nessun altro scienziato credeva potessero portare alla verità? Ora è confermato Chimica applicata ha pubblicato un articolo di copertina che descrive in dettaglio come il suo esperimento è stato replicato da un altro gruppo di ricerca mentre veniva sottoposto a raggi X per rivelare la soluzione per cui il Prof. Pines ha sempre discusso.

La domanda è: come si muove un protone nell’acqua? Nel 1806 Theodor Grotthuss presentò la sua teoria, che divenne nota come il meccanismo di Grotthuss. Nel corso degli anni molti altri hanno provato una soluzione aggiornata, rendendosi conto che Grotthuss aveva torto, ma è rimasta la risposta standard da manuale. Fino ad ora.

Il Prof. Ehud Pines ha proposto, sulla base dei suoi studi sperimentali presso l’Università Ben-Gurion del Negev, insieme al suo Ph.D. La studentessa Eve Kozari e gli studi teorici del Prof. Benjamin Fingerhut sulla struttura degli ammassi d’acqua protonati dal Prof. Pines, che il protone si muove attraverso l’acqua in treni di tre molecole d’acqua.

I treni protonici “costruiscono i binari” sotto di loro per la loro locomozione, quindi smontano e ricostruiscono i binari davanti a loro per andare avanti. È un ciclo infinito di tracce che scompaiono e riappaiono. Idee simili sono state avanzate in passato da numerosi scienziati, tuttavia, secondo il Prof. Pines, non sono state assegnate alla corretta struttura molecolare del protone idratato, che porta alla promozione del meccanismo di Grotthuss attraverso il suo unico proprietà strutturali trimeriche.

“I dibattiti sul meccanismo di Grotthuss e sulla natura della solvatazione dei protoni nell’acqua si sono accesi”, afferma il prof. Pines, “poiché questa è una delle sfide più fondamentali della chimica. Comprendere questo meccanismo è pura scienza, spingendo le frontiere della nostra conoscenza e trasformando una delle nostre comprensioni fondamentali di uno dei più importanti meccanismi di trasporto di massa e carica della natura”.

Mentre ulteriori studi teorici negli ultimi anni hanno corroborato le scoperte del Prof. Pines sul protone idratato catturato da una catena di tre molecole d’acqua, la maggior parte della comunità scientifica globale che lavora nel campo è rimasta riluttante a sostenere il Prof. Pines ‘Accettando il modello emergente per solvatazione protonica e moto in acqua. Pertanto, il Prof. Pines si è rivolto ai dipendenti di lunga data del Max Born Institute in Germania.

Hanno riunito un gruppo di ricerca internazionale guidato dal Dr. Erik Nibbering, e ripeté l’esperimento, questa volta esaminando il sistema chimico. L’esperimento a raggi X, che ha richiesto apparecchiature appositamente progettate per un costo di milioni di dollari ed è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, ha confermato le scoperte del professor Pines.

L’esperimento di assorbimento dei raggi X (XAS) ha misurato l’effetto della carica protonica sulla struttura degli elettroni interni dei singoli atomi di ossigeno dell’acqua. Come previsto dal Prof. Pines, tre molecole d’acqua sono risultate essere le più colpite dalla presenza del protone, ciascuna in gradi diversi, e insieme al protone formano catene di 3 molecole d’acqua protonate o “treni”.

“Tutti hanno pensato a questo problema per oltre 200 anni, quindi è stata una sfida sufficiente per me decidere di affrontarlo. Diciassette anni dopo, sono soddisfatto di aver probabilmente trovato e dimostrato la soluzione”, afferma il prof. Pines.

La prossima edizione dei libri di testo del college di chimica potrebbe sostituire la descrizione del meccanismo di Grotthuss con il “meccanismo dei pini”, un’idea che stuzzica il professor Pines ma è solo una stranezza rispetto alla rivelazione che questo meccanismo fondamentale è uno dei più comuni capiti e processi di base in natura.


I fisici estraggono il raggio di massa dei protoni dai dati sperimentali


Maggiori informazioni:
Maria Ekimova et al., Dal legame covalente locale alle interazioni estese del campo elettrico nell’idratazione protonica, Edizione internazionale di Angewandte Chemie (2022). DOI: 10.1002/anie.202211066

Fornito dall’Università Ben Gurion del Negev

Citazione: Scienziato risolve uno dei Santi Graal della chimica fisica dopo 17 anni di ricerca (2022, 29 settembre), recuperato il 29 settembre 2022 da https://phys.org/news/2022-09-scientist-holy-grails-physical -chimica.html

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