Warto przy tym zauważyć, że poprzedni model powstał w czasach, gdy nie wiedziano nawet, czym są protony. Do odkrycia tych trwałych cząstek subatomowych doprowadził Eugen Goldstein na początku XX wieku. Lata wcześniej doszło natomiast do powstania ogniwa elektrycznego, które umożliwiło prowadzenie eksperymentów z udziałem elektryczności.
Czytaj też: To tworzywo sztuczne jest postrachem ekologów, ale nowa metoda ułatwia jego recykling
Po odkryciu elektrolizy naukowcy starali się wyjaśnić, jak prąd elektryczny może przechodzić przez wodę. Theodor Grotthuss zaproponował swoje rozwiązanie tej zagadki, które było uznawane za najlepsze przez długie lata – nawet pomimo oczywistych luk w jego teorii. Oczywiście świadomość braków to jedno, lecz ich zastąpienie to odrębna i nieco trudniejsza do zrealizowania kwestia.
W 2005 roku Ehud Pines z Uniwersytetu Ben Guriona zaprezentował świeże spojrzenie na mechanizm autorstwa Grotthussa, choć jego propozycja nie spotkała się ze zbyt ciepłym przyjęciem w świecie nauki. Po upływie kolejnych siedemnastu lat pojawiły się jednak wyniki nowych badań, które opublikowano w Angewandte Chemie. Rezultaty te są zgodne z ustaleniami Pinesa i mogą doprowadzić do przełomu po ponad dwustu latach.
Dotychczas akceptowany model pochodził z czasów, gdy nie wiedziano nawet o istnieniu protonów
Grotthuss wyjaśnił, w jaki sposób ładunek jest przekazywany z jednej cząsteczki wody do drugiej, choć naukowiec ten nie miał nawet świadomości co do istnienia protonów. Co więcej, jest wysoce prawdopodobne, że jego zdaniem wzór chemiczny wody to nie H2O, lecz HO. Zaproponowane przez niego przeskakiwanie protonów – nawet pomimo tak licznych nieścisłości – przez długi czas stanowiło podstawę zrozumienia, dlaczego protony łatwo rozpraszają się w polu elektrycznym w obliczu przypadkowych ruchów cząsteczek wody.
Z kolei zdaniem Pinesa każdy proton tworzy “pociąg” złożony z trzech cząsteczek wody. Te miałyby tworzyć coś, co można porównać do torów, po których cząsteczki mogą poruszać się po wodzie niczym po szynach. Owe “tory” miałyby być demontowane i używane ponownie. Wykorzystując aparat rentgenowski do obserwacji poruszania się protonów w wodzie naukowcy chcieli raz na zawsze uporać się z tą zagadką.
Czytaj też: Obliczenia kwantowe z nowym rekordem. To bardzo ważny krok
W toku obserwacji okazało się, że każdy proton zmienia strukturę elektronową atomów tlenu w trzech cząsteczkach wody, choć dzieje się to w różnym stopniu. Złożony z trzech cząsteczek “pociąg” ma stosunkowo słaby wpływ na pozostałę, położone w większej odległości. Wbrew pozorom nie chodzi jedynie o urażoną dumę Pinesa, którego wcześniejsza praca nie została powszechnie zaakceptowana. Postępy w tej sprawie mogą bowiem doprowadzić do ulepszeń w wodorowych ogniwach paliwowych czy projektowaniu membran.