Katrina Jordan, Heidelberg Universiteti tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Altı su molekulu (mavi/boz) olan hidratlı proton (sarı/yaşıl): genişləndirilmiş Zundel kompleksinin kvant simulyasiyaları protonların suda necə hərəkət etdiyinə dair yeni bir fikir verir. Müəllif: David Mendive-Tapia

Heydelberq Universitetinin Fiziki Kimya İnstitutunun alimlərinin rəhbərlik etdiyi beynəlxalq tədqiqat qrupu tərəfindən bu günə qədər ən mürəkkəbi olan mürəkkəb simulyasiyalar suyun protonların hərəkətini necə idarə etdiyini ortaya qoyub. Kembric (Böyük Britaniya), Boxum, Dijon (Fransa) və Heydelberqdən olan tədqiqatçılar modelləşdirmələrindən istifadə edərək altı su molekulu arasında paylaşılan bir protonun hərəkətlərini tam kvant detalları ilə izləyə biliblər. Əsasən, iş bir protonun suda necə hərəkət etdiyini araşdırır: tək bir hissəcik kimi deyil, bir molekuldan digərinə “hoppanaraq”.

Bu “sıçrayış” hərəkəti 19-cu əsrdən bəri məlumdur. Turşu suda həll olduqda, ayrılan proton — müsbət yüklü hidrogen ionu — tək bir su molekuluna bağlı qalmır. O, yüksək hərəkətlidir və daim bir molekuldan digərinə sıçrayır.

Suda uzun müddətdir davam edən mübahisə

Suda proton daşınmasının əsasını təşkil edən bu sözdə Qrottus mexanizmi , digər şeylərlə yanaşı, suyun turşuluğundan məsuldur və batareyalarda enerji saxlanmasında və canlı hüceyrələrdə siqnal ötürülməsində mühüm rol oynayır. Bu ultra sürətli proton hərəkətləri çox mürəkkəb olduğundan, onları izah etmək olduqca çətindir və intensiv tədqiqatlara baxmayaraq, suda protonların fundamental dinamikası müzakirə mövzusu olaraq qalır.

Heydelberq Universitetinin Fiziki Kimya İnstitutundan Dr. Oriol Vendrellin izah etdiyi kimi, hidratlı protonlar indiyə qədər iki ideal quruluşdan – Zundel kationlarından və Eigen kationlarından istifadə etməklə təmsil olunurdu. Onların hər biri protonun bağlandığı müxtəlif sayda su molekulunu əhatə edir. Zundel strukturunda proton iki molekul arasında bərabər şəkildə bölüşdürülür; Eigen strukturunda o, tək bir molekula bağlanır və öz növbəsində daha üç su molekuluna bağlanan hidronium nüvəsi əmələ gətirir.

Vendrell komandasının postdoktorluq tədqiqatçısı və Nature Chemistry jurnalında dərc olunmuş məqalənin ilk müəllifi Dr. David Mendive-Tapia izah edir: “Lakin, infraqırmızı spektroskopiyadan istifadə edən son tədqiqatlar daha dinamik və bu iki ifrat arasında yerləşən bir vəziyyəti ortaya qoyur” .

51 əlaqəli vibrasiyanın izlənməsi

Hazırkı tədqiqat üçün alimlər altı su molekulundan ibarət genişləndirilmiş Zundel kompleksini simulyasiya etdilər. Onlar molekulları çıxararaq model sistemini davamlı olaraq dəyişdirdilər və bu da onun simmetrik Zundel strukturundan asimmetrik Özgü strukturuna keçməsinə səbəb oldu. Bu simulyasiyalardan istifadə edərək, onlar hidratlanmış protonun ətrafdakı su molekulları ilə birlikdə birləşmiş hərəkətlərini tam kvant qətnaməsi ilə izləməyə müvəffəq oldular. Bunlar 51 bir-birinə bağlı titrəmə deməkdir və hamısını eyni anda izləməklə tədqiqat qrupu tam infraqırmızı spektri hesablaya və eksperimental ölçmələri tam diapazonda təkrarlaya bildi.

Bohum Ruhr Universitetindən Dr. Dominik Marksa görə, həlledici amil atomlar arasındakı qüvvələrin olduqca dəqiq təsviri idi. Adi yaxınlaşmalar əvəzinə, tədqiqatçılar bu qüvvələri Bohumda yüksək səviyyəli kvant kimyəvi məlumatları üzərində təlim keçmiş süni neyron şəbəkəsi ilə qeyd etdilər. Bu maşın öyrənmə modeli onlara protonun kvant hərəkətini misli görünməmiş dəqiqliklə və heç bir tənzimlənən parametr olmadan izləməyə imkan verdi.

Yerli asimmetriya sıçrayışı idarə edir

Vendrell vurğulayır ki, “Simulyasiyalarımız göstərir ki, ətrafdakı su molekullarının konfiqurasiyası protonların sulu məhlulda necə hərəkət etdiyini müəyyən edən əsas amildir. Hidratlaşmış protonun infraqırmızı barmaq izi və nəticədə xarakterik sıçrayışı, hər şeydən əvvəl ətrafdakı lokal asimmetriyalarla idarə olunur”. Alimlərin fikrincə, tədqiqatın nəticələri suyun protonların onun üzərindən necə hərəkət etdiyinə dair mövcud anlayışı genişləndirir.

Nəşr detalları

David Mendive-Tapia və digərləri, Tam ölçülü kvant dinamikasından istifadə edərək hidratlaşdırılmış protonun infraqırmızı spektrinin deşifrə edilməsi, Nature Chemistry (2026). DOI: 10.1038/s41557-026-02209-3

Jurnal məlumatları: Təbiət Kimyası 

Heidelberg Universiteti tərəfindən təmin edilir