Wat is een zoutbrug in de chemie?
De term zoutbrug heeft twee verschillende toepassingen in de chemie.Het oorspronkelijke gebruik beschreef een elektrisch geleidende gelunie tussen twee halve cellen van een voltaische cel op het gebied van elektrochemie.De tweede is het gebruik van een extern, enigszins polair molecuul om een brug te creëren tussen secties van een macromolecuul die elkaar zouden afstoten zonder de interventie van een zoutbrug.Een nieuw veld, supramoleculaire chemie, in praktische ontwikkeling sinds ongeveer 1960, profiteert van zoutbruggen om zeer gedetailleerde structuren te creëren.
In een voltaische cel, ook wel een galvanische cel genoemd, vindt een elektrochemische reactie plaats op twee afzonderlijke fysieke locaties die halfcellen worden genoemd.De helft van een oxidatiereductie (redox) reactie treedt op in elke halve cel.Alessandro Volta demonstreerde het basisprincipe door zink- en zilverschijven te stapelen, gescheiden door papierschijven verzadigd in zout water, de brug, rond 1800. Door verschillende van deze zink-brug-zilverschijfsets te stapelen, kon hij een elektrische schok detecterenToen hij beide uiteinden tegelijkertijd aanraakte.
Een echte batterijcel werd in 1836 gebouwd door John Frederick Daniell, die zink en koper gebruikte.Een strook van elk metaal werd gedompeld in een oplossing van zijn eigen metaalion.De twee strips waren verbonden door draad en de twee oplossingen door een poreuze keramische buizen gevuld met zout water, de zoutbrug.
Als een zoutbrug niet wordt gebruikt in een batterijcel, treedt de reactie direct op en kan de elektronenstroom niet door de draad worden gericht.De zoutbrug voert alleen de lading op het ionen via zijn zoutionen.Geen ionen uit de redoxreactie reizen door de brug.
Supramoleculaire chemie biedt een innovatieve benadering op het gebied van nanotechnologie.Structuren op nanoschaal, 1 tot 100 nanometers (0,00000004 tot 0,0000004 inch), worden meestal gefabriceerd door grotere structuren te whitting met behulp van elektronenbombardementen of andere technieken.Supramoleculaire chemie probeert structuren te creëren door de manier van zelfassemblage na te bootsen.Zelfassemblage treedt op wanneer een macromolecuul zichzelf bouwt door basiscomponenten toe te voegen in een stapsgewijze procedure.Het krijgt nieuwe eenheden, waardoor het molecuul op zijn beurt wordt gevouwen en buigt op een manier om de volgende component aan te trekken en te binden, uiteindelijk een precieze, driedimensionale structuur bereikt.
Deoxyribonucleïnezuur (DNA) is zelf geassembleerd in de cel in de celdoor een vouw- en hervoldproces.Terwijl elke vouw wordt gemaakt, worden nieuwe functionele groepen, zijgroepen van meer reactieve atomen, in een positie van aantrekkingskracht of afstoting gebracht.Naarmate de moleculen bewegen om de functionele groepen dichter of verder uit elkaar te laten liggen, wordt een vouw gemaakt.Waterstofbinding, een zwakke intermoleculaire, of, in het geval van macromoleculen, een zwakke intramoleculaire aantrekkingskracht tussen enigszins negatieve hydroxylgroepen en enigszins positieve protonengroepen stuurt het vouwproces.
Soms moet een vouw of bocht optreden in een natuurlijkeof synthetisch macromolecuul op een plaats waar milde afstotende krachten bestaan.Een tweede klein molecuul, een zoutbrug genoemd, kan zich op de juiste plek uitlijnen, waar het de tegenstander kan overbruggen.In plaats van de vouw open te duwen, zoals het ongebreide gedeelte doet, schrapt de zoutbrug de opening en cinches in het macromolecuul.De selectie van de zoutbrug is zeer veeleisend;Een exacte pasvorm is fysiek vereist en de leiding over de ladingsverdeling.Supramoleculaire chemici bestuderen natuurlijke macromoleculen om zoutbruggen te begrijpen en te gebruiken bij de constructie van nuttige nanostructuren.