Le mécanisme de Grotthuss, proposé en 1806, décrit le transport de protons en solution aqueuse et dans d'autres solvants hydroxylés. Dans le mécanisme de Grotthuss, les protons sont transférés entre les molécules d'eau via une série de réarrangements de liaisons hydrogène. Ce processus peut être représenté comme suit :

H3O+ + H2O → H2O + H3O+

Dans cette réaction, le proton (H+) est transféré de l’ion hydronium (H3O+) à une molécule d’eau. La molécule d’eau devient alors un nouvel ion hydronium et le processus peut continuer.

Le mécanisme de Grotthuss est un processus coopératif, ce qui signifie que le transfert de protons est facilité par les molécules d'eau environnantes. En effet, les molécules d’eau sont liées entre elles par des liaisons hydrogène et ces liaisons hydrogène peuvent être réarrangées pour permettre aux protons de se déplacer à travers la solution.

Le mécanisme de Grotthuss est un moyen très efficace de transporter des protons dans l'eau. On estime que les protons peuvent voyager dans l’eau à une vitesse allant jusqu’à 10^7 cm/s.

Mécanisme propre

Le mécanisme Eigen, proposé en 1964, est un mécanisme différent pour le transport des protons dans l'eau. Dans le mécanisme Eigen, les protons sont transférés entre les molécules d’eau par une série de réactions de saut de protons. Ce processus peut être représenté comme suit :

H3O+ + H2O → OH- + H2O + H+

Dans cette réaction, le proton (H+) est transféré de l’ion hydronium (H3O+) à une molécule d’eau, entraînant la formation d’un ion hydroxyde (OH-) et d’une molécule d’eau. Le proton peut alors sauter vers une autre molécule d’eau et le processus peut continuer.

Le mécanisme propre est un processus non coopératif, ce qui signifie que le transfert de protons ne nécessite pas la participation des molécules d'eau environnantes. En effet, les réactions de saut de protons peuvent se produire entre deux molécules d’eau suffisamment proches l’une de l’autre.

Le mécanisme d'Eigen n'est pas aussi efficace que le mécanisme de Grotthuss pour transporter des protons dans l'eau. On estime que les protons peuvent voyager dans l’eau à une vitesse allant jusqu’à 10^5 cm/s.

En résumé, le mécanisme de Grotthuss et le mécanisme d'Eigen sont les deux principaux mécanismes de transport des protons dans l'eau. Le mécanisme de Grotthuss est plus efficace, mais le mécanisme Eigen peut se produire dans des environnements plus confinés.