17 лет потратил профессор факультета химии Университета им. Бен-Гуриона в Негеве Эхуд Пинес, пытаясь решить химическую проблему, которой более 200 лет, методами, которые до сих пор отвергались его коллегами. И вот теперь его теория получила полное подтверждение на практике.
Вопрос, казалось бы, несложный: как движется в воде протон - элементарная частица с позитивным электрическим зарядом? Еще в 1806 году германский химик Теодор Гротгус предложил свою теорию, которая стала известна как "механизм Гротгуса", однако ее несовершенство было очевидно, и на протяжении многих лет многие химики пытались найти улучшенное решение - но безрезультатно.
Основываясь на своих экспериментальных исследованиях в Университете Бен-Гуриона (проведенных совместно с Ив Козари), а также на теоретических исследованиях профессора Бенджамина Фингерхута, проф. Пинес предположил, что протон движется в воде в "поезде" из трех водяных молекул. Двигаясь вперед, протонный поезд «строит пути» под собой, а затем разбирает их и вновь сооружает впереди себя - что-то вроде бесконечно исчезающих и вновь появляющихся гусеничных траков. Подобные идеи выдвигались и в прошлом, однако, как отмечает проф. Пинес, они не связывались с правильной молекулярной структурой гидратированного протона - именно ее уникальные свойства заставляют работать "механизм Гротгуса".
«Споры о механизме Гротгуса и гидратации протонов — это одна из основных проблем в химии. Понимание этого механизма — чистая наука, раздвигающая границы наших знаний. Оно меняет наше фундаментальное представление об одном из самых важных механизмов переноса массы и заряда» - указывает проф. Пинес.
Хотя в последние годы дополнительные теоретические исследования подтвердили выводы проф. Пинеса, большая часть мирового научного сообщества в этой сфере неохотно принимала его модель. Чтобы рассеять сомнения, проф. Пинес обратился к своим давним партнерам - сотрудникам Института Макса Борна в Германии. Международная исследовательская группа, организованная доктором Эриком Нибберингом, повторила на практике теоретический эксперимент Пинеса, просканировав химическую систему рентгеновским излучением.
Рентгеновский эксперимент, для которого потребовалось специально разработанное на средства Европейского исследовательского совета оборудование стоимостью в миллионы долларов, подтвердил выводы израильского профессора. Путем измерений влияния заряда протона на структуру внутренних электронов отдельных атомов кислорода в воде было обнаружено, что три молекулы воды больше всего подвержены влиянию присутствия протона, каждая в разной степени, и вместе с протоном они образуют стабильные цепочки, или «поезда».
Итак, в следующем издании учебников по химии для колледжей описание механизма Гротгуса может быть заменено "механизмом Пинеса". Такая перспектива веселит израильского ученого, однако она - мелочь по сравнению с успехом в расширении нашего понимания одного из фундаментальных процессов мироздания.
