Setelah 17 tahun penelitian, ilmuwan memecahkan salah satu cawan suci kimia fisik

Prof. Ehud Pines adalah seorang ikonoklas. Apa lagi yang bisa Anda sebut seorang ilmuwan yang menghabiskan 17 tahun dengan gigih mencari solusi untuk masalah kimia berusia lebih dari 200 tahun yang dia yakini tidak pernah menerima jawaban yang memuaskan menggunakan metode yang tidak diyakini ilmuwan lain dapat mengarah pada kebenaran? Sekarang dia dikonfirmasi kimia terapan menerbitkan sebuah artikel sampul yang merinci bagaimana eksperimennya direplikasi oleh kelompok penelitian lain saat dirontgen untuk mengungkapkan solusi yang telah diperdebatkan oleh Prof. Pines selama ini.

Pertanyaannya adalah: bagaimana proton bergerak melalui air? Pada tahun 1806 Theodor Grotthuss mempresentasikan teorinya, yang kemudian dikenal sebagai mekanisme Grotthuss. Selama bertahun-tahun banyak orang lain mencoba solusi yang diperbarui, menyadari bahwa Grotthuss benar-benar salah, tetapi itu tetap menjadi jawaban buku teks standar. Sampai sekarang.

Prof. Ehud Pines mengusulkan, berdasarkan studi eksperimentalnya di Universitas Ben-Gurion Negev, bersama dengan gelar Ph.D. Mahasiswa Eve Kozari dan studi teoritis oleh Prof. Benjamin Fingerhut tentang struktur gugus air terprotonasi oleh Prof. Pines bahwa proton bergerak melalui air dalam rantai tiga molekul air.

Kereta proton “membangun rel” di bawah mereka untuk penggerak mereka, dan kemudian membongkar dan membangun kembali rel di depan mereka untuk melanjutkan. Ini adalah lingkaran tak berujung dari jejak yang menghilang dan muncul kembali. Gagasan serupa telah dikemukakan oleh sejumlah ilmuwan di masa lalu, namun menurut Prof. Pines, gagasan tersebut belum ditetapkan pada struktur molekul proton terhidrasi yang benar, yang mengarah pada promosi mekanisme Grotthuss melalui keunikannya. sifat struktural trimerik.

“Perdebatan tentang mekanisme Grotthuss dan sifat solvasi proton dalam air telah menjadi panas,” kata Prof. Pines, “karena ini adalah salah satu tantangan paling mendasar dalam kimia. Memahami mekanisme ini adalah ilmu murni, mendorong batas pengetahuan kita dan mengubah salah satu pemahaman mendasar kita tentang salah satu mekanisme transportasi massa dan muatan yang paling penting di alam.”

Sementara studi teoritis tambahan dalam beberapa tahun terakhir telah menguatkan temuan Prof. Pines tentang proton terhidrasi yang ditangkap oleh rantai tiga molekul air, sebagian besar komunitas ilmiah global yang bekerja di lapangan tetap enggan mendukung Prof. Pines. solvasi proton dan gerak dalam air. Oleh karena itu, Prof. Pines beralih ke karyawan lama Max Born Institute di Jerman.

Mereka membentuk tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Dr. Erik Nibbering, dan mengulangi percobaan, kali ini memeriksa sistem kimia. Eksperimen sinar-X – yang membutuhkan peralatan yang dirancang khusus dengan biaya jutaan dolar dan didanai oleh Dewan Riset Eropa – mengkonfirmasi temuan Prof Pines.

Eksperimen penyerapan sinar-X (XAS) mengukur pengaruh muatan proton pada struktur elektron bagian dalam atom oksigen individu air. Seperti yang diprediksi oleh Prof. Pines, tiga molekul air ditemukan paling terpengaruh oleh keberadaan proton, masing-masing pada derajat yang berbeda, dan bersama-sama dengan proton membentuk rantai molekul 3-air terprotonasi atau “kereta api”.

“Semua orang telah memikirkan masalah ini selama lebih dari 200 tahun, jadi itu sudah cukup menjadi tantangan bagi saya untuk memutuskan untuk mengatasinya. Tujuh belas tahun kemudian, saya puas karena kemungkinan besar saya menemukan dan mendemonstrasikan solusinya,” kata Prof. Pines.

Edisi berikutnya dari buku teks kimia perguruan tinggi dapat menggantikan deskripsi mekanisme Grotthuss dengan “mekanisme Pines”, sebuah gagasan yang menggelitik Prof. Pines tetapi hanya keanehan dibandingkan dengan wahyu bahwa mekanisme fundamental ini adalah salah satu pemahaman yang paling umum. dan proses dasar di alam.