Prof. Ehud Pines är en ikonoklast. Vad annat kan man kalla en vetenskapsman som ägnat 17 år åt att ihärdigt sträva efter lösningen på ett över 200 år gammalt kemiproblem som han ansåg aldrig fick ett tillfredsställande svar med metoder som ingen annan vetenskapsman trodde kunde leda till sanningen? Nu är han bekräftad som Angewandte Chemie publicerade en omslagsartikel som beskriver hur hans experiment replikerades av en annan forskargrupp medan han röntgades för att avslöja lösningen som Prof. Pines har argumenterat för hela tiden.

Frågan är:Hur rör sig en proton genom vatten? 1806 föreslog Theodor Grotthuss sin teori, som blev känd som Grotthuss-mekanismen. Under årens lopp har många andra försökt en uppdaterad lösning och insett att Grotthuss strängt taget var felaktigt, men det förblev det vanliga lärobokssvaret. Tills nu.

Prof. Ehud Pines föreslog, baserat på sina experimentella studier vid Ben-Gurion University of the Negev, tillsammans med sin Ph.D. student Eve Kozari, och teoretiska studier av Prof. Benjamin Fingerhut om strukturen av Prof. Pines protonerade vattenkluster, att protonen rör sig genom vatten i tåg av tre vattenmolekyler.

Protontågen "bygger spåren" under dem för deras rörelse och plockar sedan isär spåren och bygger om dem framför dem för att fortsätta. Det är en slinga av försvinnande och återkommande spår som fortsätter i det oändliga. Liknande idéer lades fram av ett antal vetenskapsmän tidigare, men enligt Prof. Pines tilldelades de inte den korrekta molekylära strukturen hos den hydratiserade protonen som genom sina unika trimera strukturella egenskaper leder till att främja Grotthuss-mekanismen.

"Debatterna om Grotthuss-mekanismen och naturen av protonlösning i vatten har blivit heta", säger prof. Pines, "eftersom detta är en av de mest grundläggande utmaningarna inom kemin. Att förstå denna mekanism är ren vetenskap och tänjer på gränserna för vår kunskap och förändra en av våra grundläggande förståelser av en av naturens viktigaste mass- och laddtransportmekanismer."

Medan ytterligare teoretiska studier under de senaste åren bekräftat Prof. Pines fynd av den hydratiserade protonen som ryms av en kedja av tre vattenmolekyler, förblev de flesta av det globala forskarsamhället som arbetar inom området ovilliga att acceptera Prof. Pines framväxande modell för protonlösning och rörelse i vatten. Så, Prof. Pines nådde ut till mångåriga medarbetare vid Max Born Institute i Tyskland.

De satte ihop ett internationellt forskarlag organiserat av Dr. Erik Nibbering och replikerade experimentet, denna gång genom att röntga det kemiska systemet. Röntgenexperimentet – som krävde specialdesignad utrustning som kostade miljontals dollar finansierad av Europeiska forskningsrådet – bekräftade Prof. Pines resultat.

Experimentet med röntgenabsorption (XAS) mätte effekten av protonladdningen på strukturen hos de inre elektronerna i vattnets enskilda syreatomer. Som förutspått av Prof. Pines, fann man att tre vattenmolekyler påverkas mest av närvaron av protonen, var och en i olika utsträckning, och tillsammans med protonen bildar de protonerade 3-vattenmolekylkedjor eller "tåg".

"Alla har tänkt på det här problemet i över 200 år, så det var en tillräcklig utmaning för mig att besluta mig för att ta upp det. Sjutton år senare är jag glad över att ha hittat och visat lösningen", säger prof. Pines.

Nästa upplaga av college kemiböcker kan ersätta beskrivningen av Grotthuss-mekanismen med "Pines Mechanism", en idé som kittlar Prof. Pines, men som bara är en kuriosa jämfört med uppenbarelsen av att förstå denna grundläggande mekanism för en av de vanligaste och grundläggande processer i naturen. + Utforska vidare

Fysiker extraherar protonmassradien från experimentella data