Nghiên cứu làm sáng tỏ sự dẫn điện của nước

Nước là một chất dẫn điện. Đó là bài học khoa học cơ bản mà mọi người đều biết, và là lí do vì sao con Pokemon nước được xếp vào nhóm dẫn điện yếu. Nhưng nghiêm túc mà nói, mặc dù hiện tượng tương đối đơn giản, nhưng chưa có ai lí giải được làm thế nào các phân tử nước có thể truyền proton dư từ phân tử này sang phân tử khác trong quá trình dẫn.

Nay một đội nghiên cứu, đứng đầu bởi giáo sư hóa học Mark Johnson thuộc trường Đại học Yale, lần đầu tiên có thể chụp các bức ảnh phổ nhanh của sự truyền proton này xảy ra trong các phân tử nước. Bản thân hiện tượng, gọi là cơ chế Grotthuss, đã khiến các nhà khoa học tranh cãi trong suốt 200 năm qua. “Quá trình căn bản này trong hóa học và sinh học chưa có một lời giải thích thỏa đáng,” phát biểu của nhà nghiên cứu Anne McCoy thuộc trường Đại học Washington.

Nước chuyển động. Ảnh: Matt K. Petersen

Nhiều năm nghiên cứu hóa tính của nước ở cấp độ phân tử đã mang lại cho đội của Johnson sự cấp tiến. Đặc biệt, họ đã có thể làm đóng băng quá trình hóa học sao cho các phân tử bị bắt giữ ở trạng thái nhất thời của chúng, làm sáng tỏ những biến đổi cấu trúc do cơ chế Grotthuss. Để hình ảnh thêm sắc nét, họ chỉ làm việc với một vài phân tử “nước nặng” và làm đóng băng các phân tử này ở độ không tuyệt đối.

Nghiên cứu của họ, công bố trên tạp chí Science, là một bước đột phá. “Nói ngắn gọn, chúng tôi đã vén màn một loại Viên ngọc Rosetta cho thấy thông tin cấu trúc được mã hóa trong màu sắc,” Johnson nói. “Chúng tôi đã có thể làm rõ một chuỗi biến dạng liên hoàn, kiểu như các khung hình của một bộ phim.”

Kết quả này mang lại những cái nhìn sâu sắc mới về nước và các tính chất dẫn của nó, một hiện tượng liên quan đến nhiều phản ứng hóa học trên Trái đất. “Và nay chúng ta đã có mảnh ghép còn thiếu đem lại cho chúng ta một bức tranh lớn hơn: làm thế nào các proton về căn bản ‘chuyển động’ trong nước,” McCoy nói.

Ngoài điều này ra, kĩ thuật mà đội nghiên cứu sử dụng cũng mang tính cách mạng. Nó còn có thể cho phép chúng ta tìm hiểu các tính chất khác của nước – ví dụ như dạng chất lỏng thứ hai bí ẩn của nó và khả năng của nó biến thành chất rắn ở điểm sôi khi được tìm thấy bên trong các ống nano carbon – và nghiên cứu bí ẩn của những chất khác.

Có một sự thật trông rất đơn giản, đó là trong lúc nghiên cứu các quá trình cơ bản với công nghệ đa dạng hiện có, thỉnh thoảng chúng ta khám phá thêm nhiều điều thú vị về thế giới xung quanh ta vận hành như thế nào. Nghiên cứu thêm về những cái cơ bản như nước và các tính chất dẫn của nó có thể làm sáng tỏ những cái trước đây chúng ta đã bỏ lỡ hoặc hiểu không đúng.

Nguồn: Science, Phys

Bài trước | Bài kế tiếp