การคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์แบบใหม่เผยให้เห็นว่าข้อสันนิษฐานทางเคมีที่มีมานานนับศตวรรษนั้นผิด
สาระสำคัญของเรื่องคือการเคลื่อนที่ของไฮดรอกไซด์ไอออน OH –ในน้ำ ไฮดรอกไซด์ไอออนและโปรตอน H +มีบทบาทสำคัญในเคมีกรด-เบสที่สำคัญต่อกระบวนการทางเคมีที่สำคัญมากมาย รวมถึงการสังเคราะห์ด้วยแสง การสูบฉีดโปรตอนผ่านเยื่อชีวภาพ และการควบคุมความเป็นกรดในร่างกาย
การเคลื่อนที่ของโปรตอนในน้ำเป็นที่เข้าใจกันดี
และนักวิทยาศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าการเคลื่อนที่ของไฮดรอกไซด์ไอออนสามารถอนุมานได้จากมัน นักวิจัยทราบว่าโมเลกุลของน้ำที่มีโปรตอนพิเศษจะสร้างพันธะที่อ่อนแอกับโมเลกุลของน้ำสามตัวที่อยู่รอบๆ เมื่อไอออนที่มีประจุบวกนี้ซึ่งเรียกว่าไฮโดรเนียมหรือ H 3 O +เคลื่อนที่ผ่านน้ำ พันธะเหล่านั้นจะแตกและเคลื่อนตัว พวกมันสร้างโครงสร้างใหม่ชั่วคราวจนกว่าไอออนจะถูกพันธะอย่างอ่อนอีกครั้งกับโมเลกุลของน้ำสามตัวในบริเวณใกล้เคียง
หัวข้อข่าววิทยาศาสตร์ในกล่องจดหมายของคุณ
หัวข้อข่าวและบทสรุปของบทความข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุด ส่งถึงกล่องจดหมายอีเมลของคุณทุกวันพฤหัสบดี
ที่อยู่อีเมล*
ที่อยู่อีเมลของคุณ
ลงชื่อ
เนื่องจากไฮดรอกไซด์ไอออนดูเหมือนโมเลกุลของน้ำที่ไม่มีโปรตอน นักเคมีจึงสันนิษฐานว่ามันมีพฤติกรรมที่สอดคล้องกัน แต่เป็นสิ่งที่คำนึงถึงประจุลบของไอออน
ผิด Mark E. Tuckerman แห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกล่าว ในวารสารNature วันที่ 27 มิถุนายน Tuckerman และเพื่อนร่วมงานของเขาในยุโรปรายงานว่าไฮดรอกไซด์ไอออนที่เคลื่อนที่ผ่านน้ำจะสร้างพันธะอย่างอ่อนกับโมเลกุลของน้ำสี่ตัว ไม่ใช่สามโมเลกุล ไฮดรอกไซด์ไอออนยังสร้างโครงสร้างระดับกลางที่ซับซ้อนกว่าในน้ำมากกว่าที่ไฮโดรเนียมไอออนทำ
ยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบทางกลเชิงควอนตัมบางอย่างที่มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของไฮดรอกไซด์ไอออนมีผลน้อยกว่าอย่างมากต่อไฮโดรเนียมไอออนในน้ำ Tuckerman กล่าว
สมัครสมาชิกข่าววิทยาศาสตร์
รับวารสารวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมจากแหล่งที่น่าเชื่อถือที่สุดส่งตรงถึงหน้าประตูคุณ
ติดตาม
ในระดับพื้นฐาน ความเข้าใจเกี่ยวกับข้อปลีกย่อยของการเคลื่อนที่ของไอออนจะปรับปรุงตำราเรียน Tuckerman กล่าว เขากล่าวเสริมในเชิงปฏิบัติมากขึ้น มันสามารถแจ้งนักออกแบบเซลล์เชื้อเพลิงว่าวัสดุที่พวกเขาใช้มีพฤติกรรมอย่างไรในระดับจุลภาค
Arieh Warshel จาก University of Southern California ในลอสแอนเจลิสกล่าวว่า “งานปัจจุบันเป็นความก้าวหน้าที่น่าสนใจ” อย่างไรก็ตาม เขากล่าวว่า การคำนวณของนักวิจัยพิจารณาโมเลกุลของน้ำเพียง 32 โมเลกุลรอบๆ ไอออนแต่ละตัว และไม่รวมอุปสรรคด้านพลังงานที่โมเลกุลของน้ำต้องเอาชนะในขณะที่พวกมันเปลี่ยนโครงสร้างและยอมให้ไอออนผ่านเข้าไปได้
ข้อ จำกัด ของวิธีการคำนวณเหล่านี้อาจไม่เปลี่ยนแปลงการค้นพบของกลุ่ม Tuckerman อย่างมีนัยสำคัญ Warshel ชี้ให้เห็น
จากข้อมูลของทัคเกอร์แมน ภาพที่อัปเดตของน้ำอาจไม่เปลี่ยนแปลงมากนักหากมีการคำนวณรวมโมเลกุลของน้ำมากขึ้น แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะใช้เวลามากขึ้น เขาบันทึกการคำนวณ 32 โมเลกุลใช้เวลามากกว่าหนึ่งปี
Credit : รับจํานํารถ
