În chimie, ce este un pod de sare?

Termenul de punte de sare are două utilizări distincte în chimie. Utilizarea inițială a descris o unire de gel conductivă electric între două semicelule ale unei celule voltaice în domeniul electrochimiei. A doua este utilizarea unei molecule externe, ușor polare, pentru a crea o punte între secțiuni ale unei macromolecule care s-ar respinge reciproc fără intervenția unei punți de sare. Un domeniu nou, chimia supramoleculară, aflat în dezvoltare practică din aproximativ 1960, profită de punți de sare pentru a crea structuri foarte detaliate.

Într-o celulă voltaică, numită și celulă galvanică, are loc o reacție electrochimică în două locații fizice separate numite semicelule. Jumătate dintr-o reacție de oxidare-reducere (redox) are loc în fiecare semicelulă. Alessandro Volta a demonstrat principiul de bază prin stivuirea discurilor de zinc și argint, separate de discuri de hârtie saturate în apă sărată, podul, în jurul anului 1800. Prin stivuirea mai multor dintre aceste seturi de discuri zinc-punte-argint, a reușit să detecteze un șoc electric când a atins ambele capete simultan.

O adevărată celulă de baterie a fost construită în 1836 de John Frederick Daniell, care a folosit zinc și cupru. O fâșie din fiecare metal a fost scufundată într-o soluție de propriul ion de metal. Cele două benzi au fost conectate prin sârmă, iar cele două soluții printr-un tub ceramic poros umplut cu apă sărată, podul de sare.

Dacă o punte de sare nu este folosită într-o celulă a bateriei, reacția are loc direct, iar fluxul de electroni nu poate fi direcționat prin fir. Puntea de sare conduce numai sarcina asupra ionului prin ionii săi de sare. Niciun ion din reacția redox nu călătorește prin punte.

Chimia supramoleculară oferă o abordare inovatoare în domeniul nanotehnologiei. Structurile la scară nanometrică, de la 1 la 100 nanometri (0.00000004 la 0.0000004 inci), sunt de obicei fabricate prin tăierea structurilor mai mari folosind bombardamentul electronic sau alte tehnici. Chimia supramoleculară încearcă să creeze structuri prin imitarea modului de auto-asamblare al naturii. Auto-asamblarea are loc atunci când o macromoleculă se construiește singură prin adăugarea de componente de bază într-o procedură în pas. Câștigă noi unități, care la rândul lor determină ca molecula să se plieze și să se îndoaie într-un mod care să atragă și să lege următoarea componentă, obținând în cele din urmă o structură tridimensională precisă.

Acidul dezoxiribonucleic (ADN) este auto-asamblat în celulă printr-un proces de pliere și repliere. Pe măsură ce se face fiecare pliu, noi grupe funcționale, grupuri laterale de atomi mai reactivi, sunt puse într-o poziție de atracție sau respingere. Pe măsură ce moleculele se mișcă pentru a permite grupurilor funcționale să fie mai apropiate sau mai îndepărtate, se face o pliu. Legăturile de hidrogen, o intermoleculară slabă sau, în cazul macromoleculelor, o atracție intramoleculară slabă între grupările hidroxil ușor negative și grupările de protoni ușor pozitive conduce procesul de pliere.
Uneori, o pliu sau o îndoire trebuie să apară într-o macromoleculă naturală sau sintetică într-un loc în care există forțe de respingere ușoare. O a doua moleculă mică, numită punte de sare, se poate alinia în locul corect, unde poate face puntea forțelor opuse. În loc să împingă pliul deschis, așa cum o face secțiunea fără punte, puntea de sare strânge golul și se strânge în macromoleculă. Alegerea podului de sare este foarte solicitantă; este necesară o potrivire exactă din punct de vedere fizic și distribuirea sarcinii. Chimiștii supramoleculari studiază macromoleculele naturale pentru a înțelege și utiliza punți de sare în construcția de nanostructuri utile.