Dopo 200 anni un importante mistero della fisica trova finalmente risposta

Gli scienziati si chiedono da oltre 200 anni come i protoni si muovano attraverso l’acqua in un campo magnetico. Un nuovo studio pubblicato su Angewandte Chemie International Edition potrebbe finalmente avere la risposta.

Per svelare questo mistero, gli scienziati hanno scoperto le strutture elettroniche dei protoni idratati. I risultati suggeriscono che i protoni si muovono nell’acqua in “treni” di tre molecole d’acqua, con la “ferrovia” costruita davanti al treno mentre si muove e viene rimossa mentre passa. Questo ciclo per il trasporto di protoni attraverso l’acqua continua all’infinito. L’idea non è nuova, ma l’ultimo studio propone una struttura molecolare diversa che si adatta meglio al meccanismo di Grotthuss per il “salto di protoni”.

La ricerca

La ricerca combina anche un approccio teorico con esperimenti fisici che sono stati resi possibili dai recenti progressi tecnologici. I ricercatori hanno sperimentato la spettroscopia di assorbimento dei raggi X per vedere come le cariche dei protoni influenzano gli elettroni negli atomi di ossigeno isolati nell’acqua.

Come ci si aspetterebbe, l’impatto è stato maggiore sui “treni” con tre molecole d’acqua, nonostante la loro scala all’interno di ogni singola molecola all’interno dell’insieme di tre. Questi gruppi stavano formando catene con i protoni.

I ricercatori hanno anche eseguito simulazioni chimiche e calcoli a livello quantistico per determinare le interazioni tra protoni e molecole d’acqua. Questa scoperta ha anche implicazioni per molti altri processi chimici, tra cui la fotosintesi, la respirazione cellulare e il trasporto di energia nelle celle a combustibile a base di idrogeno.

“Capire questo meccanismo è pura scienza, spingendo i limiti della nostra conoscenza e cambiando una delle nostre comprensioni fondamentali di uno dei più importanti meccanismi di trasporto di massa e merci della natura“, spiega il chimico e coautore dello studio Ehud Pines.