Vad är en saltbro i kemi?
Termen saltbro har två distinkta användningar inom kemi. Den ursprungliga användningen beskrev en elektriskt ledande gelunion mellan två halva celler i en voltacell inom elektrokemi. Den andra är användningen av en extern, lätt polär molekyl för att skapa en bro mellan sektioner i en makromolekyl som skulle stöta varandra utan ingripande av en saltbro. Ett nytt område, supramolekylär kemi, i praktisk utveckling sedan omkring 1960, utnyttjar saltbroar för att skapa mycket detaljerade strukturer.
I en voltaisk cell, även kallad en galvanisk cell, sker en elektrokemisk reaktion på två separata fysiska platser som kallas halvceller. Hälften av en oxidationsreducerande (redox) reaktion inträffar i varje halvcell. Alessandro Volta demonstrerade grundprincipen genom att stapla zink- och silverskivor, åtskilda av pappersskivor mättade i saltvatten, bron, cirka 1800. Genom att stapla flera av dessa zink-bro-silver-diskuppsättningar kunde han upptäcka en elektrisk chock när han berörde båda ändarna samtidigt.
En sann battericell byggdes 1836 av John Frederick Daniell, som använde zink och koppar. En remsa av varje metall doppades i en lösning av sin egen metalljon. De två remsorna var förbundna med tråd och de två lösningarna med en porös keramisk slang fylld med saltvatten, saltbron.
Om en saltbrygga inte används i en battericell inträffar reaktionen direkt och elektronflödet kan inte riktas genom tråden. Saltbron leder bara laddningen på jonen via dess saltjoner. Inga joner från redoxreaktionen rör sig genom bron.
Supramolekylär kemi tillhandahåller en innovativ metod för området nanoteknik. Nanoskala-strukturer, 1 till 100 nanometer (0,00000004 till 0,0000004 tum), tillverkas vanligtvis genom att whitling ner större strukturer med användning av elektronbombardement eller andra tekniker. Supramolekylär kemi försöker skapa strukturer genom att efterlikna naturens sätt att självmontera. Självmontering sker när en makromolekyl bygger sig själv genom att lägga till baskomponenter i en stegvis procedur. Det får nya enheter, vilket i sin tur får molekylen att vikas och böjas på ett sätt för att locka och binda nästa komponent, och slutligen uppnå en exakt tredimensionell struktur.
Deoxyribonukleinsyra (DNA) monteras själv i cellen genom en viknings- och återviktsprocess. När varje vikning görs, sätts nya funktionella grupper, sidogrupper med mer reaktiva atomer, i en position av attraktion eller avstötning. När molekylerna rör sig för att låta de funktionella grupperna vara närmare eller längre från varandra görs en vikning. Vätebindning, en svag intermolekylär, eller, i fallet med makromolekyler, en svag intramolekylär attraktion mellan något negativa hydroxylgrupper och något positiva protongrupper styr vikningen.
Ibland måste en vikning eller krökning inträffa i antingen en naturlig eller syntetisk makromolekyl på en plats där milda avvisande krafter finns. En andra liten molekyl, kallad en saltbro, kan rikta sig in på rätt plats, där den kan överbrygga de motsatta krafterna. Istället för att trycka vecket öppet, som det obrutna avsnittet, stramar saltbryggan mellanrummet och hålen i makromolekylen. Valet av saltbron är mycket krävande; en exakt passning krävs fysiskt och i laddningsfördelningen. Supramolekylära kemister studerar naturliga makromolekyler för att förstå och använda saltbroar vid konstruktion av användbara nanostrukturer.