دانشمندان برای نخستین بار موفق به مشاهده‌ی عبور الکتریسیته از میان مولکولهای آب شدند.
آیا شنیده‌اید که اخیرا ۳۲۳ گوزن شمالی توسط اصابت تنها یک رعدوبرق تلف شده‌اند؟ همه‌ی ما با این پدیده آشنا هستیم و می‌دانیم که رسانایی الکتریکی آب بالا است، اما مشاهده‌ی دقیق چگونگی انتقال بار الکتریکی بین مولکولهای آب کار سختی است. اکنون برای اولین بار، دانشمندان توانسته‌اند انتقال بار الکتریکی مثبت را رصد کنند و درک ما از یکی از اساسی‌ترین پدیده‌های علم شیمی را ارتقا دهند.
ما می‌دانیم الکتریسیته توسط فرآیندی به نام مکانیزم گروتوس منتقل میشود. این مکانیزم برای اولین بار توسط یک شیمیدان آلمانی به نام تئودور گروتوس در سال ۱۸۰۶ تبیین شد؛ به این صورت که در طی این فرآیند، پروتون‌ها بعد از گسیختگی می‌توانند توسط یک شبکه‌ی ناپایدار از پیوندهای سست بین مولکولهای آب شروع به حرکت در مایع کنند.
اما از آنجایی که انتقال پروتون‌ها بین مولکولهای آب بسیار سریع روی می‌دهد و همچنین ارتعاشات بین‌مولکولی بسیار شدید است؛ نمی‌توان از روش طیف‌بینی برای مشاهده‌ی این فرآیند استفاده کرد. گفتنی است در روش طیف‌بینی یک مولکول توسط پرتو نور شکافته میشود و پروتون‌های پخش‌شده، سرنخ‌هایی از ساختار مولکول در اختیار ما قرار می‌دهند. بنابراین نمی‌توان از روش طیف‌بینی سنتی برای رصد انتقال پروتون بین مولکولهای آب استفاده کرد.
اما دانشمندان دانشگاه ییل در حال توسعه روش‌هایی هستند که بتوانند با بهره گرفتن از آنها، از طیف‌بینی برای مشاهده‌ی فرآیند دست به دست شدن پروتون بین مولکولهای مجاور آب استفاده کنند و توانسته‌اند به پیشرفت‌هایی نیز دست یابند. آنها موفق شده‌اند این فرآیند شیمیایی را تا اندازه‌ای آهسته کنند که امکان تصویر‌برداری از مولکولهای آب به وجود آید. مبنای کار دانشمندان استفاده از اسکن فروسرخ است، اما نتایج اولیه تلاش آنها تصاویری تار و با وضوحی پایین بود، چون پیوندهای شیمیایی با سرعت بالایی ارتعاش می‌کنند.
بنابراین؛ دانشمندان تصمیم گرفتند روش کار خود را تغییر دهند. آنها تلاش کردند فرآیند تبادل پروتون را در آب سنگین، که تقریبا تا دمای صفر مطلق سرد شده است، بررسی کنند. تفاوت بین آب معمولی و آب سنگین در این است که اتم‌های هیدروژن آب سنگین با ایزوتوپ سنگین‌تر به نام دئوتریوم جایگزین شده‌اند و در نتیجه‌ی آن، ارتعاشات پیوندهای مولکولی با سرعت کم‌تری اتفاق می‌افتد.
با استفاده از این تکنیک، محققان توانستند عکس‌های واضح‌تری از پروتون‌های در حال حرکت بگیرند. آنها متوجه شدند چگونه ساختار اتم‌ها در زمان دریافت یک پروتون و یا تحویل آن، به‌طور موقت دستخوش تغییر میشود. مارک جانسون، پروفسور شیمی از دانشگاه ییل در این مورد می‌گوید:
اساسا ما اطلاعات ساختاری را که در قالب رنگ کدگذاری شده‌اند، کشف کرده‌ایم. در واقع ما توانستیم یک رشته از تغییرات شکلی هماهنگ - مانند فریم‌های یک فیلم - را کشف کنیم.
شاید چنین کشفی کاربرد سریعی پیدا نکند، چون در هر حال کاری که محققان انجام داده‌اند، صرفا مشاهده‌ی پدیده فوق است و هنوز نتوانسته‌اند با دست‌کاری آن کار جدیدی انجام دهند. اما مشاهده‌ی عینی انتقال بار الکتریکی در آب، میتواند ما را به درک بهتری از فرآیند‌های شیمیایی که هم‌اکنون محل مناقشه است، برساند؛ فرآیندهایی مانند آنچه در سطح آب اتفاق می‌افتد. شاید هم روزی شاهد این باشیم که چنین تحقیقی به تکنولوژی‌های جدیدی در حوزه‌ی انرژی یا داروسازی ختم شود.
دانشمندان برای نخستین بار موفق به مشاهده‌ی عبور الکتریسیته از میان مولکولهای آب شدند.
آیا شنیده‌اید که اخیرا ۳۲۳ گوزن شمالی توسط اصابت تنها یک رعدوبرق تلف شده‌اند؟ همه‌ی ما با این پدیده آشنا هستیم و می‌دانیم که رسانایی الکتریکی آب بالا است، اما مشاهده‌ی دقیق چگونگی انتقال بار الکتریکی بین مولکولهای آب کار سختی است. اکنون برای اولین بار، دانشمندان توانسته‌اند انتقال بار الکتریکی مثبت را رصد کنند و درک ما از یکی از اساسی‌ترین پدیده‌های علم شیمی را ارتقا دهند.
ما می‌دانیم الکتریسیته توسط فرآیندی به نام مکانیزم گروتوس منتقل میشود. این مکانیزم برای اولین بار توسط یک شیمیدان آلمانی به نام تئودور گروتوس در سال ۱۸۰۶ تبیین شد؛ به این صورت که در طی این فرآیند، پروتون‌ها بعد از گسیختگی می‌توانند توسط یک شبکه‌ی ناپایدار از پیوندهای سست بین مولکولهای آب شروع به حرکت در مایع کنند.
اما از آنجایی که انتقال پروتون‌ها بین مولکولهای آب بسیار سریع روی می‌دهد و همچنین ارتعاشات بین‌مولکولی بسیار شدید است؛ نمی‌توان از روش طیف‌بینی برای مشاهده‌ی این فرآیند استفاده کرد. گفتنی است در روش طیف‌بینی یک مولکول توسط پرتو نور شکافته میشود و پروتون‌های پخش‌شده، سرنخ‌هایی از ساختار مولکول در اختیار ما قرار می‌دهند. بنابراین نمی‌توان از روش طیف‌بینی سنتی برای رصد انتقال پروتون بین مولکولهای آب استفاده کرد.
اما دانشمندان دانشگاه ییل در حال توسعه روش‌هایی هستند که بتوانند با بهره گرفتن از آنها، از طیف‌بینی برای مشاهده‌ی فرآیند دست به دست شدن پروتون بین مولکولهای مجاور آب استفاده کنند و توانسته‌اند به پیشرفت‌هایی نیز دست یابند. آنها موفق شده‌اند این فرآیند شیمیایی را تا اندازه‌ای آهسته کنند که امکان تصویر‌برداری از مولکولهای آب به وجود آید. مبنای کار دانشمندان استفاده از اسکن فروسرخ است، اما نتایج اولیه تلاش آنها تصاویری تار و با وضوحی پایین بود، چون پیوندهای شیمیایی با سرعت بالایی ارتعاش می‌کنند.
بنابراین؛ دانشمندان تصمیم گرفتند روش کار خود را تغییر دهند. آنها تلاش کردند فرآیند تبادل پروتون را در آب سنگین، که تقریبا تا دمای صفر مطلق سرد شده است، بررسی کنند. تفاوت بین آب معمولی و آب سنگین در این است که اتم‌های هیدروژن آب سنگین با ایزوتوپ سنگین‌تر به نام دئوتریوم جایگزین شده‌اند و در نتیجه‌ی آن، ارتعاشات پیوندهای مولکولی با سرعت کم‌تری اتفاق می‌افتد.
با استفاده از این تکنیک، محققان توانستند عکس‌های واضح‌تری از پروتون‌های در حال حرکت بگیرند. آنها متوجه شدند چگونه ساختار اتم‌ها در زمان دریافت یک پروتون و یا تحویل آن، به‌طور موقت دستخوش تغییر میشود. مارک جانسون، پروفسور شیمی از دانشگاه ییل در این مورد می‌گوید:
اساسا ما اطلاعات ساختاری را که در قالب رنگ کدگذاری شده‌اند، کشف کرده‌ایم. در واقع ما توانستیم یک رشته از تغییرات شکلی هماهنگ - مانند فریم‌های یک فیلم - را کشف کنیم.
شاید چنین کشفی کاربرد سریعی پیدا نکند، چون در هر حال کاری که محققان انجام داده‌اند، صرفا مشاهده‌ی پدیده فوق است و هنوز نتوانسته‌اند با دست‌کاری آن کار جدیدی انجام دهند. اما مشاهده‌ی عینی انتقال بار الکتریکی در آب، میتواند ما را به درک بهتری از فرآیند‌های شیمیایی که هم‌اکنون محل مناقشه است، برساند؛ فرآیندهایی مانند آنچه در سطح آب اتفاق می‌افتد. شاید هم روزی شاهد این باشیم که چنین تحقیقی به تکنولوژی‌های جدیدی در حوزه‌ی انرژی یا داروسازی ختم شود.