Hva er en salt bro i kjemi?

Begrepet saltbro har to forskjellige bruksområder i kjemi. Den opprinnelige bruken beskrev en elektrisk ledende gelforbindelse mellom to halvceller av en voltaisk celle innen elektrokjemi. Det andre er bruken av et eksternt, litt polært molekyl for å lage en bro mellom seksjoner av et makromolekyl som ville frastøte hverandre uten inngrep fra en salt bro. Et nytt felt, supramolekylær kjemi, i praktisk utvikling siden ca 1960, drar fordel av saltbroer for å skape svært detaljerte strukturer.

I en voltaisk celle, også kalt en galvanisk celle, finner en elektrokjemisk reaksjon sted på to separate fysiske steder som kalles halvceller. Halvparten av en oksidasjonsreduksjonsreaksjon (redoks) skjer i hver halvcelle. Alessandro Volta demonstrerte det grunnleggende prinsippet ved å stable sink og sølvskiver, atskilt med papirskiver mettet i saltvann, broen, i ca 1800. Ved å stable flere av disse sink-bro-sølv disksettene, var han i stand til å oppdage et elektrisk sjokk da han berørte begge ender samtidig.

En ekte battericelle ble konstruert i 1836 av John Frederick Daniell, som brukte sink og kobber. En stripe av hvert metall ble dyppet i en løsning av sin egen metallion. De to strimlene ble koblet sammen med ledning og de to løsningene med et porøst keramisk rør fylt med saltvann, saltbroen.

Hvis det ikke brukes en saltbro i en battericelle, oppstår reaksjonen direkte, og elektronstrømmen kan ikke ledes gjennom ledningen. Saltbroen leder bare ladningen på ionet via sine saltioner. Ingen ioner fra redoksreaksjonen kjører gjennom broen.

Supramolekylær kjemi gir en innovativ tilnærming til feltet nanoteknologi. Nanoskala-strukturer, fra 1 til 100 nanometer (0,00000004 til 0,0000,004 tommer), er typisk fremstilt ved å piske ned større strukturer ved bruk av elektronbombardement eller andre teknikker. Supramolekylær kjemi forsøker å skape strukturer ved å etterligne naturens måte å selv samle på. Selvmontering skjer når et makromolekyl bygger seg ved å legge til grunnleggende komponenter i en trinnvis prosedyre. Det får nye enheter, som igjen får molekylet til å brette og bøye seg på en måte å tiltrekke og binde den neste komponenten, til slutt oppnå en presis tredimensjonal struktur.

Deoxyribonucleic acid (DNA) blir selvmontert i cellen ved en sammenleggbar og foldbar prosess. Når hver fold blir laget, settes nye funksjonelle grupper, sidegrupper med mer reaktive atomer, i en posisjon av tiltrekning eller frastøtning. Når molekylene beveger seg for å la de funksjonelle gruppene være nærmere eller lenger fra hverandre, lages en fold. Hydrogenbinding, en svak intermolekylær, eller, i tilfelle av makromolekyler, en svak intramolekylær attraksjon mellom svakt negative hydroksylgrupper og svakt positive protongrupper styrer foldingsprosessen.

Noen ganger må en fold eller bøyning forekomme i enten et naturlig eller syntetisk makromolekyl på et sted der milde frastøtende krefter eksisterer. Et andre lite molekyl, kalt en saltbro, kan rette seg selv på riktig sted, der det kan bygge bro mellom motstridende krefter. I stedet for å skyve brettet åpent, som det uhemmede avsnittet, strammer saltbroen mellomrommet og cinches i makromolekylet. Valget av saltbrua er veldig krevende; en nøyaktig passform er nødvendig fysisk og i ladefordelingen. Supramolekylære kjemikere studerer naturlige makromolekyler for å forstå og bruke saltbroer i konstruksjonen av nyttige nanostrukturer.