Vad är en saltbro inom kemi?

Termen saltbrygga har två distinkta användningsområden inom kemi. Den ursprungliga användningen beskrev en elektriskt ledande gelförening mellan två halvceller i en voltaisk cell inom området elektrokemi. Den andra är användningen av en extern, något polär molekyl för att skapa en bro mellan sektioner av en makromolekyl som skulle stöta bort varandra utan inblandning av en saltbrygga. Ett nytt område, supramolekylär kemi, i praktisk utveckling sedan omkring 1960, drar fördel av saltbroar för att skapa mycket detaljerade strukturer.

I en voltaisk cell, även kallad galvanisk cell, sker en elektrokemisk reaktion på två separata fysiska platser som kallas halvceller. Hälften av en oxidations-reduktion (redox) reaktion sker i varje halvcell. Alessandro Volta demonstrerade grundprincipen genom att stapla zink- och silverskivor, åtskilda av pappersskivor mättade i saltvatten, bron, omkring 1800. Genom att stapla flera av dessa zink-bro-silverskivor kunde han upptäcka en elektrisk stöt när han rörde båda ändarna samtidigt.

En riktig battericell konstruerades 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 kopplades samman med tråd och de två lösningarna med ett poröst keramiskt rör fyllt med saltvatten, saltbryggan.

Om en saltbrygga inte används i en battericell sker reaktionen direkt, och elektronflödet kan inte riktas genom tråden. Saltbryggan leder endast laddningen på jonen via sina saltjoner. Inga joner från redoxreaktionen färdas genom bron.

Supramolekylär kemi ger ett innovativt förhållningssätt till nanoteknikområdet. Strukturer i nanoskala, 1 till 100 nanometer (0.00000004 till 0.0000004 tum), tillverkas vanligtvis genom att skära ner större strukturer med användning av elektronbombardement eller andra tekniker. Supramolekylär kemi försöker skapa strukturer genom att efterlikna naturens sätt att bygga ihop sig själv. Självmontering sker när en makromolekyl bygger sig själv genom att lägga till grundläggande komponenter i en stegvis procedur. Den får nya enheter, vilket i sin tur får molekylen att vikas och böjas på ett sätt för att attrahera och binda nästa komponent, och slutligen uppnå en exakt, tredimensionell struktur.

Deoxiribonukleinsyra (DNA) är självmonterad i cellen genom en vecknings- och återveckningsprocess. När varje veck skapas, sätts nya funktionella grupper, sidogrupper av mer reaktiva atomer, i en position av attraktion eller repulsion. När molekylerna rör sig för att tillåta de funktionella grupperna att vara närmare eller längre ifrån varandra, skapas ett veck. Vätebindning, en svag intermolekylär eller, när det gäller makromolekyler, en svag intramolekylär attraktion mellan svagt negativa hydroxylgrupper och svagt positiva protongrupper styr veckningsprocessen.
Ibland måste en veckning eller böj ske i antingen en naturlig eller syntetisk makromolekyl på en plats där milda frånstötande krafter finns. En andra liten molekyl, som kallas en saltbrygga, kan placera sig på rätt plats, där den kan överbrygga de motsatta krafterna. Istället för att trycka upp vecket, som den oöverbryggade sektionen gör, drar saltbryggan åt gapet och knäpper ihop makromolekylen. Valet av saltbryggan är mycket krävande; en exakt passform krävs fysiskt och ansvarig distribution. Supramolekylära kemister studerar naturliga makromolekyler för att förstå och använda saltbryggor i konstruktionen av användbara nanostrukturer.