Grotthuss-mekanismen, som föreslogs 1806, beskriver transporten av protoner i vattenlösning och andra hydroxylerade lösningsmedel. I Grotthuss-mekanismen överförs protoner mellan vattenmolekyler genom en serie omarrangemang av vätebindningar. Denna process kan representeras som:
H3O+ + H2O → H2O + H3O+
I denna reaktion överförs protonen (H+) från hydroniumjonen (H3O+) till en vattenmolekyl. Vattenmolekylen blir då en ny hydroniumjon, och processen kan fortsätta.
Grotthuss-mekanismen är en kooperativ process, vilket innebär att protonöverföringen underlättas av de omgivande vattenmolekylerna. Detta beror på att vattenmolekylerna är vätebundna till varandra, och dessa vätebindningar kan omarrangeras för att tillåta protoner att röra sig genom lösningen.
Grotthuss-mekanismen är ett mycket effektivt sätt att transportera protoner i vatten. Det uppskattas att protoner kan färdas genom vatten med en hastighet på upp till 10^7 cm/s.
Eigenmekanism
Eigen-mekanismen, som föreslogs 1964, är en annan mekanism för protontransport i vatten. I Eigen-mekanismen överförs protoner mellan vattenmolekyler genom en serie proton-hoppreaktioner. Denna process kan representeras som:
H3O+ + H2O → OH- + H2O + H+
I denna reaktion överförs protonen (H+) från hydroniumjonen (H3O+) till en vattenmolekyl, vilket resulterar i bildandet av en hydroxidjon (OH-) och en vattenmolekyl. Protonen kan sedan hoppa till en annan vattenmolekyl, och processen kan fortsätta.
Eigen-mekanismen är en icke-samverkande process, vilket innebär att protonöverföringen inte kräver deltagande av omgivande vattenmolekyler. Detta beror på att proton-hopp-reaktionerna kan inträffa mellan två vattenmolekyler som är tillräckligt nära varandra.
Eigen-mekanismen är inte lika effektiv som Grotthuss-mekanismen för att transportera protoner i vatten. Det uppskattas att protoner kan färdas genom vatten med en hastighet på upp till 10^5 cm/s.
Sammanfattningsvis, Grotthuss-mekanismen och Eigen-mekanismen är de två huvudmekanismerna för protontransport i vatten. Grotthuss-mekanismen är mer effektiv, men Eigen-mekanismen kan förekomma i mer begränsade miljöer.
