Πόσο περιορισμένα μεταναστεύουν τα πρωτόνια
Ο μηχανισμός Grotthuss, που προτάθηκε το 1806, περιγράφει τη μεταφορά πρωτονίων σε υδατικό διάλυμα και άλλους υδροξυλιωμένους διαλύτες. Στον μηχανισμό Grotthuss, μεταφέρονται πρωτόνια μεταξύ μορίων νερού μέσω μιας σειράς αναδιατάξεων δεσμού υδρογόνου. Αυτή η διαδικασία μπορεί να εκπροσωπηθεί ως:
H3O + + H2O → H2O + H3O +
Σε αυτή την αντίδραση, το πρωτόνιο (Η+) μεταφέρεται από το ιόν υδρονίου (Η3Ο+) σε ένα μόριο νερού. Το μόριο του νερού γίνεται στη συνέχεια ένα νέο ιόν υδρονίου και η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί.
Ο μηχανισμός Grotthuss είναι μια συνεταιριστική διαδικασία, που σημαίνει ότι η μεταφορά πρωτονίων διευκολύνεται από τα γύρω μόρια νερού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια του νερού είναι δεσμευμένα με υδρογόνο μεταξύ τους και αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου μπορούν να αναδιαμορφωθούν για να επιτρέψουν στα πρωτόνια να μετακινούνται μέσω του διαλύματος.
Ο μηχανισμός Grotthuss είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για τη μεταφορά πρωτονίων στο νερό. Εκτιμάται ότι τα πρωτόνια μπορούν να ταξιδεύουν μέσω νερού με ταχύτητα έως και 10^7 cm/s.
μηχανισμός eigen
Ο μηχανισμός ιδιοκτησίας, που προτάθηκε το 1964, είναι ένας διαφορετικός μηχανισμός για τη μεταφορά πρωτονίων στο νερό. Στον μηχανισμό Eigen, τα πρωτόνια μεταφέρονται μεταξύ των μορίων του νερού μέσω μιας σειράς αντιδράσεων πρωτονίων. Αυτή η διαδικασία μπορεί να εκπροσωπηθεί ως:
H3O + + H2O → OH- + H2O + H +
Σε αυτή την αντίδραση, το πρωτόνιο (Η+) μεταφέρεται από το ιόν υδρονίου (Η3Ο+) σε ένα μόριο νερού, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ενός ιόντος υδροξειδίου (ΟΗ-) και ενός μορίου νερού. Το πρωτόνιο μπορεί στη συνέχεια να μεταβεί σε ένα άλλο μόριο νερού και η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί.
Ο μηχανισμός ιδιοκτησίας είναι μια μη συνεργατική διαδικασία, που σημαίνει ότι η μεταφορά πρωτονίων δεν απαιτεί τη συμμετοχή των γύρω μορίων νερού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι αντιδράσεις πρωτονίων μπορεί να εμφανιστούν μεταξύ οποιωνδήποτε δύο μορίων νερού που είναι αρκετά κοντά μαζί.
Ο μηχανισμός ιδιοκτησίας δεν είναι τόσο αποτελεσματικός όσο ο μηχανισμός Grotthuss για τη μεταφορά πρωτονίων στο νερό. Εκτιμάται ότι τα πρωτόνια μπορούν να ταξιδεύουν με νερό με ταχύτητα έως και 10^5 cm/s.
Συνοπτικά, Ο μηχανισμός Grotthuss και ο μηχανισμός ιδιοκτησίας είναι οι δύο κύριοι μηχανισμοί για τη μεταφορά πρωτονίων στο νερό. Ο μηχανισμός grotthuss είναι πιο αποτελεσματικός, αλλά ο μηχανισμός eigen μπορεί να εμφανιστεί σε πιο περιορισμένα περιβάλλοντα.
