Израильский ученый нашел решение одной из самых старых проблем химии

Вопрос, казалось бы, несложный: как движется в воде протон — элементарная частица с позитивным электрическим зарядом? Еще в 1806 году германский химик Теодор Гротгус предложил свою теорию, которая стала известна как «механизм Гротгуса», однако ее несовершенство было очевидно, и на протяжении многих лет многие химики пытались безрезультатно найти улучшенное решение.

Основываясь на своих экспериментальных исследованиях в Университете Бен-Гуриона (проведенных совместно с Ив Козари), а также на теоретических исследованиях профессора Бенджамина Фингерхута, профессор Пинес предположил, что протон движется в воде в «поезде» из трех водяных молекул. Двигаясь вперед, протонный поезд «строит пути» под собой, а затем разбирает их и вновь сооружает впереди себя — что-то вроде бесконечно исчезающих и вновь появляющихся гусеничных траков. Подобные идеи выдвигались и в прошлом, однако, как отмечает профессор Пинес, они не связывались с правильной молекулярной структурой гидратированного протона — именно ее уникальные свойства заставляют работать механизм Гротгуса.

«Споры о механизме Гротгуса и гидратации протонов — это одна из основных проблем в химии. Понимание этого механизма — чистая наука, раздвигающая границы наших знаний. Оно меняет наше фундаментальное представление об одном из самых важных механизмов переноса массы и заряда».

Хотя в последние годы дополнительные теоретические исследования подтвердили выводы профессора Пинеса, большая часть мирового научного сообщества в этой сфере неохотно принимала его модель. Чтобы рассеять сомнения, Пинес обратился к своим давним партнерам — сотрудникам Института Макса Борна в Германии. Международная исследовательская группа повторила на практике теоретический эксперимент Пинеса, просканировав химическую систему рентгеновским излучением.

Рентгеновский эксперимент, для которого потребовалось специально разработанное на средства Европейского исследовательского совета оборудование стоимостью в миллионы долларов, подтвердил выводы израильского профессора. Путем измерений влияния заряда протона на структуру внутренних электронов отдельных атомов кислорода в воде было обнаружено, что три молекулы воды больше всего подвержены влиянию присутствия протона, каждая в разной степени, и вместе с протоном они образуют стабильные цепочки, или «поезда».

Итак, в следующем издании учебников по химии для колледжей описание механизма Гротгуса может быть заменено «механизмом Пинеса». Такая перспектива веселит израильского ученого, однако она — мелочь по сравнению с успехом в расширении нашего понимания одного из фундаментальных процессов мироздания.

Источник: сообщение пресс-службы Университета им. Бен-Гуриона в Негеве