Het Grotthuss-mechanisme, voorgesteld in 1806, beschrijft het transport van protonen in waterige oplossing en andere gehydroxyleerde oplosmiddelen. In het Grotthuss-mechanisme worden protonen tussen watermoleculen overgedragen via een reeks herschikkingen van waterstofbruggen. Dit proces kan worden weergegeven als:

H3O+ + H2O → H2O + H3O+

Bij deze reactie wordt het proton (H+) overgedragen van het hydroniumion (H3O+) naar een watermolecuul. Het watermolecuul wordt dan een nieuw hydroniumion en het proces kan doorgaan.

Het Grotthuss-mechanisme is een coöperatief proces, wat betekent dat de protonenoverdracht wordt vergemakkelijkt door de omringende watermoleculen. Dit komt omdat de watermoleculen met waterstof aan elkaar gebonden zijn, en deze waterstofbruggen kunnen worden herschikt om protonen door de oplossing te laten bewegen.

Het Grotthuss-mechanisme is een zeer efficiënte manier om protonen in water te transporteren. Er wordt geschat dat protonen met een snelheid van maximaal 10^7 cm/s door water kunnen reizen.

Eigen mechanisme

Het Eigen-mechanisme, voorgesteld in 1964, is een ander mechanisme voor protonentransport in water. In het Eigen-mechanisme worden protonen tussen watermoleculen overgedragen via een reeks protonsprongreacties. Dit proces kan worden weergegeven als:

H3O+ + H2O → OH- + H2O + H+

Bij deze reactie wordt het proton (H+) overgebracht van het hydroniumion (H3O+) naar een watermolecuul, wat resulteert in de vorming van een hydroxide-ion (OH-) en een watermolecuul. Het proton kan dan naar een ander watermolecuul springen en het proces kan doorgaan.

Het Eigen-mechanisme is een niet-coöperatief proces, wat betekent dat de protonenoverdracht geen deelname van omringende watermoleculen vereist. Dit komt omdat de protonsprongreacties kunnen plaatsvinden tussen twee watermoleculen die dicht genoeg bij elkaar liggen.

Het Eigen-mechanisme is niet zo efficiënt als het Grotthuss-mechanisme voor het transport van protonen in water. Er wordt geschat dat protonen met een snelheid van maximaal 10^5 cm/s door water kunnen reizen.

Samengevat: het Grotthuss-mechanisme en het Eigen-mechanisme zijn de twee belangrijkste mechanismen voor protonentransport in water. Het Grotthuss-mechanisme is efficiënter, maar het Eigen-mechanisme kan voorkomen in beperktere omgevingen.