Механизм Grotthuss

механизм Гроттуса (также известный как прыжок протона ) - это процесс, при котором «избыточный» протон или протонный дефект диффундируют через сеть водородных связей молекул воды или других жидкости с водородными связями за счет образования и сопутствующего разрыва ковалентных связей с участием соседних молекул.

В своей публикации 1806 года «Теория разложения жидкостей электрическими токами» Теодор Гроттус предложил теорию проводимости воды. Гроттхасс рассматривал электролитическую реакцию как своего рода «ведро-линию», где каждый атом кислорода одновременно проходит и принимает один ион водорода. В то время это было удивительной теорией, поскольку считалось, что молекула воды представляет собой ОН, а не Н 2 О, а существование ионов не было полностью изучено. К 200-летнему юбилею его статья была отрецензирована Цукерманом.

Хотя Гроттхасс использовал неправильную эмпирическую формулу воды, его описание прохождения протонов через взаимодействие соседних молекул воды доказало предвидение.

Лемонт Киер предположил, что перескок протонов может быть важным механизмом нервной трансдукции.

• 1 Механизм переноса протонов и механизм перескока протонов
• 2 Аномальная диффузия протонов
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

Механизм Гроттуса теперь является общим названием для механизма прыжков протонов. В жидкой воде сольватация избыточного протона идеализирована двумя формами: H 9O4(Собственный катион ) или H 5O2(катион Цунделя ). Хотя считается, что транспортный механизм включает взаимное преобразование между этими двумя сольватными структурами, детали механизма прыжков и транспорта все еще обсуждаются. В настоящее время существует два вероятных механизма:

1. от Эйгена до Цунделя и до Эйгена (E – Z – E) на основе экспериментальных данных ЯМР,
2. от Цунделя до Цунделя (Z – Z) на основе молекулярная динамика моделирование.

Расчетная энергия сольватационных оболочек гидрокония была опубликована в 2007 году, и было высказано предположение, что энергии активации двух предложенных механизмов не согласуются с их расчетными водородная связь силы, но механизм 1 может быть лучшим кандидатом из двух.

За счет использования условных и зависящих от времени функций радиального распределения (RDF) он Было показано, что RDF гидрокония может быть разложена на вклады от двух различных структур, Eigen и Zundel. Первый пик в g (r) (RDF) структуры Eigen аналогичен равновесному стандартному RDF, только немного более упорядочен, в то время как первый пик структуры Zundel фактически разделен на два пика. Затем было отслежено фактическое событие переноса протона (PT) (после синхронизации всех событий PT, так что t = 0 было фактическим временем события), и было обнаружено, что гидроксоний действительно начинается из собственного состояния и быстро переходит в состояние Цунделя, когда протон переносится, причем первый пик g (r) разделяется на два.

Механизм Гроттуса, наряду с относительной легкостью и малым размером (ионного радиуса ) протона, объясняет необычно высокую скорость диффузии протона в электрическом поле по сравнению с другими распространенными катионами (таблица 1), движение которых просто связано с ускорением поле. Случайное тепловое движение препятствует движению как протонов, так и других катионов. Квантовое туннелирование становится более вероятным, чем меньше масса катиона, а протон является самым легким из возможных стабильных катионов. Таким образом, эффект квантового туннелирования также незначителен, хотя он преобладает только при низких температурах.

1. ^de Grotthuss, CJT (1806). "Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en disolution à l'aide de l'électricité galvanique". Энн. Чим. 58 : 54–73.
2. ^Цукерман, Самуэль (2006). "Et tu Grotthuss!". Biochimica et Biophysica Acta. 1757 (8): 876–8. doi : 10.1016 / j.bbabio.2005.12.001. PMID 16414007.
3. ^Кир, Лемонт Б. (2016). «Протонное прыжок как сообщение нервной проводимости». Текущий компьютерный дизайн лекарств. 12 (4): 255–258. doi : 10.2174 / 1573409912666160808092011. ISSN 1875-6697. PMID 27503744.
4. ^Агмон, Ноам (1995). "Механизм Гроттуса". Chem. Phys. Lett. 244 (5–6): 456–462. Bibcode : 1995CPL... 244..456A. DOI : 10.1016 / 0009-2614 (95) 00905-J. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года. Проверено 10 апреля 2007 г.
5. ^Маркович, Омер; Агмон, Ноам (2007). «Строение и энергетика гидратных оболочек гидрокония». J. Phys. Chem. А. 111 (12): 2253–6. Bibcode : 2007JPCA..111.2253M. CiteSeerX 10.1.1.76.9448. doi : 10.1021 / jp068960g. PMID 17388314.
6. ^Маркович, Омер; и другие. (2008). «Специальный парный танец и выбор партнера: элементарные шаги в переносе протонов в жидкой воде». J. Phys. Chem. Б. 112 (31): 9456–9466. doi : 10.1021 / jp804018y. PMID 18630857.

• Roberts, Sean T.; и другие. (2011). «Перенос протона в концентрированном водном гидроксиде, визуализированный с помощью сверхбыстрой инфракрасной спектроскопии» (PDF). Журнал физической химии A. 115 (16): 3957–3972. Bibcode : 2011JPCA..115.3957R. doi : 10.1021 / jp108474p. PMID 21314148.
• H. Л. Фридман, Феликс Фрэнкс, Водные растворы симпл-электролитов