Протон Папарацци
В мире химии протоны, безусловно, очень важны. Даже ее самая интимная личная жизнь не остается нетронутой. Берлинские исследователи теперь используют новые оптические инструменты для подтверждения многовековых предположений.
Вы никогда не одиноки. В этом уверены журналисты-сенсационщики, выслеживающие аристократов и кинозвезд. Какой-нибудь тайный роман, какой-нибудь флирт обязательно раскроется, надеются они, когда направят свои объективы на яхты богачей на Лазурном берегу. Постоянное присутствие папарацци гарантирует, что знаменитости не чувствуют себя одинокими.
Never Alone - это и другие вездесущие актеры. Однако до сих пор им не удалось заполнить первые полосы светской прессы. Неудивительно, потому что их фан-база намного меньше. И то, хотя их нет ни в голубой крови, ни в бокале с коктейлем, поднесенном ко рту принца, ни в волнах, бьющихся о нос яхты. Ее имя, наконец, объясняет ее массовую дисквалификацию. Речь идет об ионах водорода, которым сегодня позволено беззастенчиво купаться в фокусе нашего внимания.
Наиболее ярким представителем является ион H+, большая часть которого делает уксус, например, кислым. Даже этот одинокий протон, покинутый своим электроном, никогда не появляется в водном растворе сам по себе, а только в компании. Вместе с обычной молекулой воды он образует ион гидроксония H3O+, который также не остается один. Из связей, образующихся между соседними молекулами воды, наиболее известны катион Цунделя (H5O2+) и собственный катион (H9O4+).
Но это еще не все. С молекулами секса H2O, кто на данный момент в отношениях с кем постоянно меняется. Как того хочет неизбежный тепловой всплеск, молекулы воды то тянутся к этому соседу, то к тому - через электростатические взаимодействия между атомами кислорода и водорода, так называемые водородные связи. Это создает тонкую сеть взаимных и постоянно меняющихся отношений в воде.
Задолго до того, как у исследователей появилось какое-либо представление об этой сети, они думали о том, как протоны переходят от кислоты к основанию в водной среде. В начале этой традиции стоит 200-летняя идея немецко-балтийского ученого Теодора фон Гротгуса. Он пережил научные дискуссии и по сей день и известен как «механизм Гротгуса». В соответствии с этим протоны не движутся сами по себе и свободно, а перескакивают с молекулы воды на молекулу воды - их можно, так сказать, пропустить.
В результате химики и физики формулировали все более точные предсказания того, как могут выглядеть промежуточные состояния, возникающие при миграции протонов, включая катионы Цунделя и Эйгена. Была только одна проблема - все они были гипотезами. Никто никогда не видел зловещей связи между водой и протонами.
В конце 1990-х годов комплексное компьютерное моделирование подтвердило теории и, таким образом, существование различных переходных состояний. Однако поймать их в ходе эксперимента не удалось. Это связано с уловкой, с помощью которой Зундель-Ион, Эйген-Ион и им подобные уклоняются от публики. Протоны слишком быстрые. Они мигрируют от кислоты к основанию с такой скоростью, что кратковременные увлечения незаметны.
Но теперь игра в прятки окончена. Эрику Нибберингу и его коллегам из Института нелинейной оптики и спектроскопии коротких импульсов им. Макса Борна в Берлине удалось сделать снимки движения протонов с помощью ультракоротких лазерных вспышек. Его устройство позволяет ему делать снимки каждые 150 фемтосекунд. Насколько это коротко, становится ясно, когда вы знаете, что луч света, который почти достигает Луны за одну секунду, проходит расстояние, эквивалентное диаметру человеческого волоса, за 100 фемтосекунд..
Поскольку они также смогли замедлить наблюдаемую ими кислотно-щелочную реакцию, берлинские исследователи наконец использовали лазер для демонстрации предсказанных промежуточных стадий. «Раньше мы видели только начало и конец переноса протона», - сообщает Нибберинг, который теперь считает механизм Гроттгуса подтвержденным.
Исследователь сравнивает прыжковую миграцию протонов с транспортировкой мешков с песком при укреплении дамбы: «Человеческая цепь пропускает мешки через дамбу более эффективно и быстро, чем если бы каждый должен был доставлять мешки к дамбе в одиночку». Таким образом, ни протон, ни молекулы воды не должны двигаться, чтобы перенести положительный заряд вперед. Только электроны в транспортной цепи время от времени меняют своих хозяев.
Поэтому движение протонов работает даже во льду с очень жесткой молекулярной структурой. Ионы натрия, с другой стороны, не могут этого сделать. Вы должны отправиться в путешествие самостоятельно и в одиночку. Конечно, нечего будет читать в газетах о возможных делах, которые они переживают.