У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна Гроттгусс Механі зм Гро ттгусса механізм переносу протонів чи прото

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Гроттгусс.

Механі́зм Гро́ттгусса — механізм переносу протонів чи протонних дефектів в середовищі, де наявний водневий зв'язок. Цей механізм відіграє важливу роль при описанні переносу протону в біологічних реакціях.

Перерозподіл протонів через водневі зв'язки між гідроксоній-іонами і молекулами води.

Історія

Модель була запропонована в 1805 році литовським вченим Теодором фон Гроттгуссом, який вперше застосував її до процесу електрохімічного розкладу води на водень і кисень. Гроттгусс уявляв молекули води у вигляді диполів, які розташовані ланцюжком між катодом і анодом електролізеру. Далі він припускав, що при електролізі позитивний кінець диполю води, який направлено до катоду, відщеплюється і з нього утворюється водень. Аналогічно відбувається відщіплення негативного кінця диполю з утворенням кисню. Після цього відбувається перегрупування позитивних і негативних кінцівок диполю в ланцюгу. Новий ланцюг диполів виявляється орієнтованим проти зовнішнього поля і диполі переорієнтовуються. Після поповнення числа диполів за рахунок молекул води з об'єму розчину, що не знаходиться між електродами, попередній ланцюг відновлюється та процес повторюється. Коли Гроттгусс вперше опублікував свою теорію в роботі «Theory of decomposition of liquids by electrical currents» (1806) атомістика ще тільки завойовувала своє право на існування; закони електролізу залишались невідомими. Тому теорія Гротгуса була дуже сміливою та передовою для свого часу. Вона протрималась в науці більше сімдесяти років, коли її змінило уявлення про йони, яке краще відображало реальність.

Цей «естафетний механізм» електропровідності має багато спільного з механізмом переносу струму йонами Н₃О⁺ та ОН^-, але для більшості електролітів він виявився непридатним.

Сучасність

На сьогоднішній день поняття механізм Гротгуса застосовують як загальну назву для механізмів стрибку протонів. Вільні протони, завдяки своєму дуже малому радіусу в розчині моментально зв'язуються з молекулами води та утворюють йони гідроксонію (H₃O⁺). Якщо співвідношення концентрацій дозволяють, може спостерігатися зв'язок іонів гідроксонію з декількома молекулами води. Окрім йону гідроксонію в розчині присутні (H₅O₂ ⁺) та (H₉O₄ ⁺). Перенос протону обумовлений взаємодією між цими двома катіонами, але механізм переносу досі не встановлено. Найбільш вірогідними є два механізми:

Ейген-Цундель-Ейген, згідно з даними ЯМР-спектроскопії.
Цундель-Цундель, відповідно до моделювання молекулярної динаміки.

Спрощений механізм

Молекули води здатні до іонізації з утворенням іону водню (протону) і гідроксильних іонів:

H₂O

H⁺ + OH⁻

Хоча Н⁺ в реакції є продуктом дисоціації, однак, в реальності вільних протонів в розчині не існує. Утворені іони водню одразу ж гідратуються в іони гідроксонію Н₃О⁺, це відбувається миттєво за рахунок водневих зв'язків між молекулами води.

Рух протону на далеку відстань сам по собі є неможливим. Але через наявність великого числа протонів між молекулами води, пов'язаних водневими містками, може спостерігатися картина, коли в доволі короткий час відбувається "стрибок протону" на великі відстані.

У результаті високої мобільності Н⁺, кислотно-основні реакції у водному розчині, як правило, виключно швидкі. Стрибок протону пояснюється високою іонною рухливістю іонів Н⁺ в порівнянні з іншими одновалентними катіонами, такими як Na⁺ або K⁺.

Механізм Гротгуса заснований на припущенні, що це не один конкретний перехід протону від однієї молекули до іншої, а що стрибок протону до однієї молекули призводить до стрибка іншого протону з цієї молекули.

Аномальна рухливість іонів

Механізм Гротгуса' пояснює аномально великі значення коефіцієнтів дифузії протонів в порівнянні з коефіцієнтами дифузії різноманітних йонів.

В таблиці наведено коефіцієнти дифузії катіонів, пов'язані з тепловими коливаннями (Броунівський рух).

Катіон	Рухомість, см²·В⁻¹·с⁻¹
NH₄⁺	0,763·10⁻³
Na⁺	0,519·10⁻³
K⁺	0,762·10⁻³
H⁺	3,62·10⁻³

Примітки

de Grotthuss, C.J.T. (1806). «Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en dissolution à l'aide de l'électricité galvanique». Ann. Chim. 58: 54–73.
Agmon, Noam (13 жовтня 1995). . Chemical Physics Letters. Т. 244, № 5–6. с. 456—462. doi:10.1016/0009-2614(95)00905-J. Архів оригіналу за 31 грудня 2011. Процитовано 23 жовтня 2015.

Джерела

Дамаскин, Б. Б. Электрохимия / Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. — М. : Высшая школа, 1987. — 295 с.

[1] Grotthuss, C.J.T. (1806). «Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en dissolution à l'aide de l'électricité galvanique». Ann. Chim. 58: 54–73.

[2] Agmon, Noam (13 жовтня 1995). . Chemical Physics Letters. Т. 244, № 5–6. с. 456—462. doi:10.1016/0009-2614(95)00905-J. Архів оригіналу за 31 грудня 2011. Процитовано 23 жовтня 2015.