WikiDer > Механизм Grotthuss

Grotthuss mechanism
Протоны туннелируют через серию водородные связи между ионы гидроксония и молекулы воды.

В Механизм Grotthuss (также известный как протонный прыжок) - это процесс, с помощью которого протон или протонный дефект диффундирует через водородная связь сеть молекул воды или других жидкостей с водородными связями за счет образования и сопутствующего расщепления ковалентные связи с участием соседних молекул.

В своей публикации 1806 г. «Теория разложения жидкостей электрическим током» Теодор Гроттус предложил теорию проводимости воды.[1] Гроттусс предвидел электролитический реакция как своего рода «линия ведра», где каждый атом кислорода одновременно проходит и получает единственный ион водорода. В то время это было удивительной теорией, поскольку считалось, что молекула воды представляет собой ОН, а не Н2О и существование ионов до конца не изучено. К 200-летию его статьи Цукерман рецензировал его.[2]

Хотя Grotthuss использовал неверный эмпирическая формула воды, его описание прохождения протонов через взаимодействие соседних молекул воды оказалось пророческим.

Лемонт Кир предположили, что прыжки протонов могут быть важным механизмом нервной трансдукции.[3]

Механизм транспорта протонов и механизм прыжков протонов

Механизм Гроттуса - теперь общее название механизма прыжков на протонах. В жидкой воде сольватация избыточного протона идеализируется двумя формами: H9О4+ (Собственный катион) или H5О2+ (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 Зунделя и до Эйгена (E – Z – E) на основе экспериментальных данных ЯМР,[4]
  2. Зундель - Зундель (Z – Z), на основании молекулярная динамика моделирование.

Расчетная энергетика гидроксоний о сольватационных оболочках сообщалось в 2007 г., и было высказано предположение, что энергии активации двух предложенных механизмов не согласуются с их рассчитанными водородная связь сильные стороны, но механизм 1 может быть лучшим кандидатом из двух.[5]

За счет использования условных и зависящих от времени радиальные функции распределения (RDF) было показано, что RDF гидроксония может быть разложена на вклады от двух различных структур, Eigen и Zundel. Первый пик в g (r) (RDF) структуры Eigen похож на равновесный стандартный RDF, только немного более упорядоченный, 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.[6]

Аномальная диффузия протонов

Механизм Grotthuss, наряду с относительной легкостью и небольшими размерами (ионный радиус) протона, объясняет необычно высокое распространение Скорость протона в электрическом поле по сравнению с другими обычными катионами (Таблица 1), движение которых происходит просто за счет ускорения полем. Случайное тепловое движение препятствует движению как протонов, так и других катионов. Квантовое туннелирование становится более вероятным, чем меньше масса катиона, и протон является самым легким из возможных стабильных катионов.[нужна цитата] Таким образом, эффект квантового туннелирования также незначителен, хотя он преобладает только при низких температурах.

Таблица 1
КатионМобильность / см2 V−1 s−1
NH4+0.763×10−3
Na+0.519×10−3
K+0.762×10−3
ЧАС+3.62×10−3

Рекомендации

  1. ^ de Grotthuss, C.J.T. (1806). "Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en disolution à l'aide de l'électricité galvanique". Анна. Чим. 58: 54–73.
  2. ^ Cukierman, Сэмюэл (2006). "Et tu Grotthuss!". Biochimica et Biophysica Acta. 1757 (8): 876–8. Дои:10.1016 / j.bbabio.2005.12.001. PMID 16414007.
  3. ^ Кир, Лемонт Б. (2016). «Протонное прыжок как сообщение нервной проводимости». Современный компьютерный дизайн лекарств. 12 (4): 255–258. Дои:10.2174/1573409912666160808092011. ISSN 1875-6697. PMID 27503744.
  4. ^ Агмон, Ноам (1995). «Механизм Гроттуса». Chem. Phys. Латыш. 244 (5–6): 456–462. Bibcode:1995CPL ... 244..456A. Дои:10.1016 / 0009-2614 (95) 00905-J. Архивировано из оригинал на 2011-07-19. Получено 2007-04-10.
  5. ^ Маркович, Омер; Агмон, Ноам (2007). «Строение и энергетика гидратных оболочек гидроксония». J. Phys. Chem. А. 111 (12): 2253–6. Bibcode:2007JPCA..111.2253M. CiteSeerX 10.1.1.76.9448. Дои: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. B. 112 (31): 9456–9466. Дои:10.1021 / jp804018y. PMID 18630857.

внешняя ссылка