Hvordan indesluttede protoner migrerer

Grotthuss-mekanismen, foreslået i 1806, beskriver transporten af ​​protoner i vandig opløsning og andre hydroxylerede opløsningsmidler. I Grotthuss-mekanismen overføres protoner mellem vandmolekyler gennem en række omlejringer af hydrogenbindinger. Denne proces kan repræsenteres som:

H3O+ + H2O → H2O + H3O+

I denne reaktion overføres protonen (H+) fra hydroniumionen (H3O+) til et vandmolekyle. Vandmolekylet bliver så til en ny hydroniumion, og processen kan fortsætte.

Grotthuss-mekanismen er en samarbejdsproces, hvilket betyder, at protonoverførslen lettes af de omgivende vandmolekyler. Dette skyldes, at vandmolekylerne er hydrogenbundet til hinanden, og disse brintbindinger kan omarrangeres for at tillade protoner at bevæge sig gennem opløsningen.

Grotthuss-mekanismen er en meget effektiv måde at transportere protoner i vand på. Det anslås, at protoner kan rejse gennem vand med en hastighed på op til 10^7 cm/s.

Eigen-mekanisme

Eigen-mekanismen, der blev foreslået i 1964, er en anden mekanisme til protontransport i vand. I Eigen-mekanismen overføres protoner mellem vandmolekyler gennem en række proton-spring-reaktioner. Denne proces kan repræsenteres som:

H3O+ + H2O → OH- + H2O + H+

I denne reaktion overføres protonen (H+) fra hydroniumionen (H3O+) til et vandmolekyle, hvilket resulterer i dannelsen af ​​en hydroxidion (OH-) og et vandmolekyle. Protonen kan derefter hoppe til et andet vandmolekyle, og processen kan fortsætte.

Eigen-mekanismen er en ikke-samarbejdsproces, hvilket betyder, at protonoverførslen ikke kræver deltagelse af omgivende vandmolekyler. Dette skyldes, at proton-spring-reaktionerne kan forekomme mellem to vilkårlige vandmolekyler, der er tæt nok sammen.

Eigen-mekanismen er ikke så effektiv som Grotthuss-mekanismen til at transportere protoner i vand. Det anslås, at protoner kan rejse gennem vand med en hastighed på op til 10^5 cm/s.

Opsummering, Grotthuss-mekanismen og Eigen-mekanismen er de to hovedmekanismer for protontransport i vand. Grotthuss-mekanismen er mere effektiv, men Eigen-mekanismen kan forekomme i mere afgrænsede miljøer.