Bayreuth 1998 – wissenschaftliches Programm

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CP: Chemische Physik

CP 13: Dynamik molekularer Systeme

CP 13.3: Vortrag

Mittwoch, 11. März 1998, 11:30–11:50, H19

Protonentransfer in Eis und Wasser — •D. Marx¹, M. Benoit², M. Tuckerman³ und M. Parrinello¹ — ¹MPI für Festkörperforschung, Heisenbergstr. 1, 70569 Stuttgart — ²Laboratoire des Verres, Université Montpellier II, 34095 Montpellier — ³Department of Chemistry, New York University, New York, NY 10003

Das Energieprofil für Protonentransferprozesse entlang einer Wasserstoffbrücke hängt kritisch von dem Abstand zwischen Donor– und Akzeptoratom ab. Für große Abstände findet man typischerweise schwache Wassserstoffbrückenbindungen O–H ⋯O mit Doppelminimumpotential und hoher Barriere. Bei Verringerung des Abstands fällt die Barrierenhöhe monoton ab (low barrier hydrogen bonds) und verschwindet bei sehr kurzen Abständen völlig. Dies führt zu ultrastarken symmetrischen Wasserstoffbrücken O⋯H⋯O, wobei das Proton genau zwischen Donor und Azeptor sitzt. Eis unter Druck bietet die einzigartige Möglichkeit, den Donor–Akzeptorabstand kontinuierlich und kontrolliert experimentell zu verändern. Mittels unserer ab initio Pfadintegralsimulationen [1] unter gleichzeitiger Einbeziehung der Elektronenstruktur und der Quanteneffekte der Protonen können wir die damit einhergehenden drastischen Änderungen des Protonentransferprofils mikroskopisch verstehen. Erste solche Simulationen zum Protonentransfer in flüssigem Wasser bei Zimmertemperatur werden ebenfalls diskutiert, wobei den transienten Komplexen H₅O₂⁺ sowie H₉O₄⁻ eine besondere Rolle zukommt.

[1] D. Marx and M. Parrinello, Z. Phys. B 95, 143 (1994)