Bilim İnsanları Nihayet Protonun Suda Hareketini Görüntüledi: 200 Yıllık Gizem Çözüldü!

Bilim insanları, iki asrı aşkın bir süredir suyun protonlar aracılığıyla pozitif yük taşıdığını biliyorlardı. Ancak bu olayın gözlemlenebilmesi yakın zamana kadar mümkün olmadı.

Yale Üniversitesi’nden araştırmacıların, bir protonu su üzerinden takip etmek ve ölçmek için bir yöntem geliştirdiklerini bildirdikleri Science dergisinde yayımlanan 11 Eylül tarihli bir çalışmada keşiflerini paylaştılar. Deney için ekip, bir elementin kütleye göre ayrılmasını sağlayan ve yıllar süren özelleştirme işlemleri sonucunda tamamlanan 30 metre uzunluğunda bir kütle spektrometresi kullandı. Bu cihaz, protonların altı yüklü su molekülü boyunca ne kadar hızlı hareket ettiğini ölçmeyi sağladı.

“Bu deney, protonların gizlenebileceği bir yer kalmadığı küçük bir moleküler sistemde nelerin ortaya çıktığını gösteriyor,” diyor çalışmanın kıdemli yazarı ve Yale Üniversitesi’nden kimyacı Mark Johnson, bir basın bülteninde.

Görünüşte bariz bir gizemi çözmek

Bilimde, doğru olduğunu bildiğimiz veya güçlü bir şekilde şüphelendiğimiz ama henüz doğrudan kanıtlanmamış ya da iyi bir açıklamaya kavuşturulmamış pek çok şey var.

Bu fikirlerin henüz onaylanmamış olması, bilim insanları ve mühendislerin dikkate değer yeni atılımlar gerçekleştirmelerini engellemedi. Çalışmaya göre, sudaki protonlar “görme yeteneğinden enerji depolamaya ve roket yakıtına kadar birçok alanda” rol oynuyor.

Ancak protonlar çok küçük boyutlarda olup kuantum mekaniksel özellikler sergilediğinden izlenmeleri zorlaşıyor.

“Yeterince kibar değiller, long enough to be easily observed,” diyor Johnson. “Düşük seviyeli bir relay mekanizması üzerinden, protonların molekülden moleküle atlayarak yükü ilettiğine inanılıyor.”

Organik bir “taksi” içinde sıkışıp kalmak

Bu tür süreçleri gözlemlemek için Johnson ve ekibi, iki farklı bölgede ek bir proton alabilen organik bir molekül olan 4-aminobenzoik asit kullandılar. Çalışmanın başyazarlarından birisi olan, Yale Üniversitesi’nde doktora sonrası öğrencisi Payten Harville, bu iki bölgenin absorbsiyon yaptıkları ışığın rengine göre ayırt edilebileceğini belirtiyor.

Deney için ekip, 4-aminobenzoik asit moleküllerini altı su molekülüne bağladı. Harville, bu düzenekte protonların “bir bağlama noktasından diğerine, su ağı taksisi” üzerinde seyahat edebileceğini açıklamakta.

Protonlar taksiye “bindiğinde,” ekibin özel kütle spektrometresi, her reaksiyonu dikkatlice zamanlanmış lazerlerle saniyede on kez “yıkıcı şekilde” analiz ediyor, diye açıklıyor araştırmacılar.

Açık olmak gerekirse, deney protonun su içindeki yolculuğunun ara adımlarını henüz yakalayabilmiş değil. Ancak bu süreçle ilgili şimdiye kadarki en sıkı parametreler oluşturuldu, diyor Johnson.

“Kimyasal simülasyonları için teorisyenlere, her yerde bulunan ama deneysel ölçümlemeler tarafından pek de zorlanmamış iyi tanımlanmış bir hedef sunabiliyoruz,” diye ekliyor.

Bu teknolojinin Yale’in özel spektrometresinin ötesine geçebilmesi durumunda, temel kimya deneylerinde ek bir hassasiyet sağlama potansiyeli olduğu belirtiliyor. Bilimin bu noktaya gelmesi 200 yıl sürdüyse, bu yöntemi kullanıma sunmak bir iki yıl daha beklemek kısa bir süre olacaktır.