在自由水溶液中，質(zhì)子和水合氫離子似乎比其他離子遷移的更快，這是因?yàn)楦窳_特斯機(jī)制。
事實(shí)上，單個(gè)質(zhì)子根本不會(huì)遷移。這是因?yàn)樗蠚潆x子的化學(xué)鍵被破壞，并與其他水分子形成新的化學(xué)鍵，使得單個(gè)質(zhì)子不會(huì)遷移。相反，電荷會(huì)直接從一個(gè)水分子轉(zhuǎn)移至另一個(gè)水分子。這個(gè)過程比離子在溶液中的擴(kuò)散速度要快。
到目前為止，許多科研人員都在研究質(zhì)子在自由水溶液中的傳輸。“在現(xiàn)實(shí)生活中，這樣的情況相對(duì)少見。”該研究第一兼通訊作者、德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)理化系教授Martina Havenith說，“大多數(shù)質(zhì)子傳輸過程實(shí)際上發(fā)生在密閉空間或納米孔中。”
水合氫離子參與了pH值的確定。到目前為止，其限制作用尚未被完全理解。
為改變這種情況，Havenith團(tuán)隊(duì)與美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員合作，結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)方法，創(chuàng)造了大小可被精確控制的小型水池。當(dāng)液滴直徑小于2納米時(shí)，實(shí)驗(yàn)和模擬中的質(zhì)子輸運(yùn)機(jī)制發(fā)生了突變。
“在2納米以下時(shí)，質(zhì)子遷移受到約束效應(yīng)的限制。當(dāng)水池?cái)U(kuò)大時(shí)，這種影響就會(huì)減弱。”Havenith解釋說，“令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)在2納米以上，即水合氫離子可能形成的地方，會(huì)出現(xiàn)質(zhì)子交通堵塞。”
Havenith表示，質(zhì)子會(huì)被困在一種振蕩狀態(tài)中，它沿著水池的表面來回彈跳，但沒有向前移動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)電性沒有像最初預(yù)期的那樣進(jìn)一步增加。
除了池子的大小，酸濃度也影響質(zhì)子遷移行為。當(dāng)研究小組增加酸的含量時(shí)，他們?cè)谝旱蔚臍滏I網(wǎng)絡(luò)中制造了一種短路狀態(tài)，因此質(zhì)子不再?gòu)钠湮恢眠w移，而是停留在振蕩跳躍狀態(tài)。
“這對(duì)每個(gè)依賴質(zhì)子傳輸?shù)南到y(tǒng)都有影響，因?yàn)橄到y(tǒng)的大小或質(zhì)子濃度可能導(dǎo)致交通堵塞，例如擾亂信號(hào)傳遞過程。” Havenith總結(jié)道。(馮維維)
關(guān)鍵詞： 自由水溶液 質(zhì)子 水合氫離子 離子 格羅特斯機(jī)制
營(yíng)業(yè)執(zhí)照公示信息