Учёные почти поняли, как вода проводит электричество

Ученые из Йельского университета получили спектроскопические снимки переноса протонов от одной молекулы воды к другой во время проводимости. Полученные изображения важны для понимания того, как вода проводит положительный электрический заряд. Свои выводы ученые изложили на страницах журнала Science.

На протяжении более 200 лет специалисты исследуют механизм Гротгуса – механизм переноса протонов в средах, где имеется водородная связь. Передача иона водорода по цепочке связанных водородными связями молекул воды проходит в несколько стадий («эстафетный» механизм).

Ученые из Йельского университета уже несколько лет исследуют химию воды на молекулярном уровне. В своем новом исследовании они разработали способ быстрой заморозки химических процессов так, чтобы переходные структуры оказались изолированы и показали ученым деформированные группы атомов во время реакции.

Раньше, когда «эстафетный» механизм запускался, протоны пытались «поймать» с помощью инфракрасных изменений цвета. Но фотографии всегда получались размытыми. «Выяснилось, что эта размытость была слишком сильной, чтобы доказать связь между цветом и структурой», – сказал автор исследования Марк Джонсон.

Теперь ученые работали только с несколькими молекулами «тяжелой воды» – воды из дейтерия (одного из двух стабильных изотопов водорода). Химики охладили молекулы до абсолютного нуля. Таким образом, изображения протонов в движении получились резкими и точными.

«По сути, мы обнаружили своего рода Розеттский камень, который показывает структурную информацию, закодированную в цвете», – отметил Джонсон. «Нам удалось выявить последовательность согласованных деформаций, как кадров из фильма», – добавил Джонсон. Ученые отметили, что полученная информация будет полезна для понимания химических процессов, протекающих на поверхности воды.