Кіріспе
Процесс Гроттусс механизмі (протондық секіру деп те аталады) – су молекулаларының немесе басқа сутекті байланысқан сұйықтықтардың сутекті байланыс желісі арқылы "артық" протонның немесе протон тапшылығының таралу процесін сипаттайтын модель. Бұл процеске жақын орналасқан молекулаларды қатыстыратын ковалентті байланыстардың қалыптасуы және бір мезгілде үзілуі кіреді. 1806 жылы жарияланған «Сұйықтардың электр тогы арқылы ыдырау теориясы» атты еңбегінде Теодор Гроттус судың өткізгіштігі туралы теория ұсынды. Гроттус электролиттік реакцияны бір-біріне тізбектеліп берілетін «шелектер желісі» ретінде көзге елестетеді, онда әрбір оттек атомы бір уақытта бір сутегі ионын қабылдап, келесіге жібереді. Су молекуласы H2O емес, OH деп есептелген және иондардың болуы толыққанды түсініксіз болғандықтан, бұл теория сол кезде таңғажайып болды. Оның жарияланғанына 200 жыл толуына орай, мақаласын Кукерман қайта қарады. Гроттус судың дұрыс емес эмпирикалық формуласын қолданғанымен, оның су молекулаларының өзара әрекеттесуі арқылы протондардың таралуын сипаттауы болашақты болжады. Лемонт Кир протондық секірудің жүйкелік сигналдардың таралуы үшін маңызды механизм болуы мүмкін екенін ұсынды.
The Grotthuss mechanism (also known as proton jumping) is a model for the process by which an 'excess' proton or proton defect diffuses through the hydrogen bond network of water molecules or other hydrogen bonded liquids through the formation and concomitant cleavage of covalent bonds involving neighboring molecules. In his 1806 publication “Theory of decomposition of liquids by electrical currents”, Theodor Grotthuss proposed a theory of water conductivity. Grotthuss envisioned the electrolytic reaction as a sort of ‘bucket line’ where each oxygen atom simultaneously passes and receives a single hydrogen ion. It was an astonishing theory to propose at the time, since the water molecule was thought to be OH not H2O and the existence of ions was not fully understood. On its 200th anniversary, his article was reviewed by Cukierman. Although Grotthuss was using an incorrect empirical formula of water, his description of the passing of protons through the cooperation of neighboring water molecules proved prescient. Lemont Kier suggested that proton hopping may be an important mechanism for nerve transduction.
Протонның аномальды диффузиясы
Гроттус механизмі, протонның салыстырмалы жеңілдігі және кішкентай мөлшері (иондық радиусы) ескеріліп, протонның электр өрісіндегі басқа кең таралған катиондарға (1-кесте) қарағанда ерекше жоғары диффузиялық жылдамдығын түсіндіреді, олардың қозғалысы тек өріс арқылы үдеуге байланысты. Кездейсоқ жылулық қозғалыс протонның да, басқа катиондардың да қозғалысына қарсы әсер етеді. Кванттық туннельдеу катионның массасы неғұрлым кіші болса, соғұрлым мүмкіншілігі артады, ал протон – ең жеңіл тұрақты катион. Сондықтан кванттық туннельдеудің де шағын әсері бар, бірақ ол тек төмен температурада ғана басым болады. + 1-кесте Катион Қозғалыс / 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
Мүмкін болатын баламалы механизм
Теориялық есептеулердегі кейбір мәліметтер, жақындағы рентгендік сәулелерді сіңіру спектроскопиясының нәтижелерімен қолдау тапқан, протон сұйықтық арқылы өтетін кезде үш су молекуласының "тізбегіне" бекінетін балама механизмді көрсетеді.