Πληροφορίες

Πώς η ιοντική διάχυση είναι ανεξάρτητη από άλλα ιόντα;

Πώς η ιοντική διάχυση είναι ανεξάρτητη από άλλα ιόντα;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Αυτό το ερώτημα προκύπτει από την εξήγηση του τι είναι το δυναμικό ηρεμίας μιας κυτταρικής μεμβράνης. Στον τύπο Goldman, δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών τύπων ιόντων.

Εάν η διάχυση προκαλείται από τυχαία κίνηση ιόντων και συγκρούσεις, τότε πώς τα ιόντα Κ+ δεν φαίνεται να επηρεάζονται από την πολύ υψηλή συγκέντρωση ιόντων Na+ έξω από τη μεμβράνη; Δεν θα έπρεπε να υπάρχει αποτέλεσμα λόγω του γεγονότος ότι έξω, η συγκέντρωση ιόντων είναι συνολικά υψηλότερη από ό, τι μέσα; Πώς γίνεται να είναι όλοι ανεξάρτητοι;


Το πιο σημαντικό, ολόκληρο το μοντέλο Goldman-Hodgkin-Katz είναι, λοιπόν, ένα μοντέλο. Είναι ένας τρόπος που θα θέλαμε να βρίσκουμε και να εξηγούμε φαινόμενα, με το στυλό και το χαρτί.

Συχνά, οι επιστήμονες κατασκευάζουν μοντέλα για να εξηγήσουν δεδομένα στο χέρι, αλλά ακόμα και τότε, θα πρέπει να προσθέσουν κάτι από τη φαντασία τους. Για παράδειγμα, οι πρώτοι αστρονόμοι είδαν τους πλανήτες να κινούνται διαφορετικά από τα αστέρια και κατέληξαν στην ιδέα ότι, ξέρετε, οι πλανήτες δεν κάνουν κύκλο στη γη, αλλά ίσως γύρω από κάποια σημεία του διαστήματος, τα οποία με τη σειρά τους κυκλώνουν τη γη. Αυτό δεν λειτούργησε καλά, έτσι δημιούργησαν το ηλιοκεντρικό μοντέλο, όπου οι πλανήτες και η Γη έκαναν κύκλους γύρω από τον ήλιο. Αυτό ήταν ακόμα τέλειο, και ο Νεύτων πρότεινε ότι οι πλανήτες δεν κινούνται σε κύκλους, αλλά σε ελλείψεις. Κάθε γενιά αστρονόμων είχε σχεδόν τα ίδια δεδομένα στο χέρι, αλλά επέλεξαν να κάνουν κάποιες υποθέσεις στα μοντέλα τους.

Το ίδιο συμβαίνει και με την έλλειψη αλληλεπίδρασης μεταξύ ιόντων καλίου και νατρίου: είναι μια θεωρητική υπόθεση. Όσο πηγαίνουν τα μοντέλα, το μοντέλο GHK είναι αρκετά καλό, επειδή ταιριάζει σε πειραματικά ευρήματα καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο μοντέλο. Οι υποθέσεις του έχουν μεγάλες πιθανότητες να είναι αληθινές, να αντανακλούν τον φυσικό κόσμο. Υποθέτω ότι ρωτήσατε πραγματικά ποια είναι τα φυσικά γεγονότα που βασίζονται στην υπόθεση της ανεξαρτησίας ιόντων. Το γεγονός είναι ότι ψάχνετε εξηγήσεις για ένα γεγονός που μπορεί να είναι ή να μην είναι - έτσι οποιαδήποτε απάντηση που θα λάβετε είναι, ως ένα βαθμό, κερδοσκοπία.

Η σκέψη μου είναι ότι ο αριθμός των μορίων του νερού (55 γραμμομοριακά) που μπορεί να συγκρουστούν με ένα ιόν είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αριθμό των κατιόντων (έως και μερικές εκατοντάδες νανομοριακά, περίπου 100 εκατομμύρια πιο σπάνια). Perhapsσως ο αριθμός των συγκρούσεων ιόντων-ιόντων είναι αμελητέος. Υπάρχει ένα σημείο συμφόρησης, στα πραγματικά κανάλια, αλλά εκεί διαφορετικά είδη δεν συναντώνται, γιατί το καθένα έχει τα δικά του κανάλια.

Ένα άλλο, πιο πραγματικό, είναι ότι το μοντέλο είναι ατελές και η ανεξαρτησία είναι περισσότερο μια επιθυμία παρά μια πλήρης αλήθεια. Παραθέτοντας από το http://books.google.com/books?id=SmJoSwnwSh0C&lpg=PA353&ots=3fvI19Sk5Q&dq=ghk%20ion%20independence%20fails&pg=PA353#v=onepage&q&f&f=false: Η αρχή της ανεξαρτησίας αναθεωρείται στο Κεφάλαιο 14 του Hille (1991) και ορισμένα συγκεκριμένα μοντέλα θα μελετηθούν στο επόμενο κεφάλαιο ».


Ίσως μου διαφεύγει κάτι εδώ (και δεν είναι ο τομέας της ειδικότητάς μου) αλλά…

ο τύπος GHK περιλαμβάνει την παράμετρο VΜ που είναι το διαμεμβρανικό δυναμικό. Αυτή η παράμετρος καθορίζεται από τις ενδοκυτταρικές και εξωκυτταρικές συγκεντρώσεις όλων των ιόντων. Υψηλή εξωτερική συγκέντρωση Na+ θα επηρεάσει συνεπώς την καθαρή κίνηση του Κ+.

Μία από τις παραδοχές της εξίσωσης GHK είναι ότι τα ιόντα δεν αλληλεπιδρούν άμεσα.


Άμεση παρατήρηση της δυναμικής των ιόντων σε ηλεκτρόδια υπερπυκνωτών χρησιμοποιώντας επί τόπου φασματοσκοπία NMR διάχυσης

Η ιοντική μεταφορά μέσα σε πορώδη ηλεκτρόδια άνθρακα υποστηρίζει την αποθήκευση ενέργειας σε υπερπυκνωτές και τον ρυθμό με τον οποίο μπορούν να φορτιστούν και να εκφορτιστούν, ωστόσο λίγες μελέτες έχουν αποσαφηνίσει τις ιδιότητες των υλικών που επηρεάζουν τη δυναμική των ιόντων. Εδώ χρησιμοποιούμε επί τόπου Φασματοσκοπία NMR κλίσης πεδίου παλμού για άμεση μέτρηση της ιοντικής διάχυσης στους υπερπυκνωτές. Διαπιστώνουμε ότι ο περιορισμός στις νανοπορώδεις δομές ηλεκτροδίων μειώνει τους αποτελεσματικούς συντελεστές αυτοδιάχυσης των ιόντων κατά πάνω από δύο τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τον τακτοποιημένο ηλεκτρολύτη και η διάχυση στους πόρους ρυθμίζεται από αλλαγές στους πληθυσμούς ιόντων στη διεπαφή ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη κατά τη φόρτιση. Η συγκέντρωση ηλεκτρολυτών και οι κατανομές μεγέθους πόρων άνθρακα επηρεάζουν επίσης τη διάχυση εντός των πόρων και την κίνηση των ιόντων μέσα και έξω από τους νανοπόρους. Λαμβάνοντας υπόψη τα ευρήματά μας, προτείνουμε ότι ο έλεγχος του μηχανισμού φόρτισης μπορεί να επιτρέψει τον συντονισμό των ενεργειακών και ενεργειακών επιδόσεων των υπερπυκνωτών για μια σειρά διαφορετικών εφαρμογών.

Καθώς οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και οι πράσινες τεχνολογίες όπως τα ηλεκτρικά οχήματα γίνονται διαδεδομένες, πρέπει να αναπτύξουμε νέους τρόπους αποθήκευσης και απελευθέρωσης ενέργειας σε μια σειρά χρονοδιαγραμμάτων. Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι ιδανικές για χρονικά διαστήματα λεπτών ή ωρών (ηλεκτρικά αυτοκίνητα, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, αποθήκευση στο δίκτυο και ούτω καθεξής), ενώ οι υπερπυκνωτές είναι πιο ελπιδοφόροι για δευτερόλεπτα ή δευτερόλεπτα και χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για εφαρμογές μεταφοράς όπου απαιτείται γρήγορη φόρτιση και εκφόρτιση. . Ο ανώτερος χειρισμός ισχύος και η διάρκεια ζωής του κύκλου των υπερπυκνωτών έρχεται σε βάρος της ενεργειακής πυκνότητας, με πρόσφατη έρευνα βασισμένη σε υλικά που στοχεύει να αντιμετωπίσει αυτό το ζήτημα με λεπτομέρεια ρύθμισης της νανοπορώδους δομής των ηλεκτροδίων άνθρακα 1,2 και με χρήση ιοντικών υγρών ηλεκτρολυτών που είναι σταθερά σε υψηλότερες τάσεις 3,4 . Και οι δύο προσεγγίσεις έχουν επιφέρει κάποιες αυξήσεις στην ενεργειακή πυκνότητα, αν και όχι χωρίς να θυσιάζεται η πυκνότητα ισχύος. Η λεπτή ισορροπία μεταξύ ενέργειας και ισχύος πρέπει να γίνει κατανοητή εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν υπερπυκνωτές σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.


Σχόλιο σχετικά με "Ιονική αγωγιμότητα, συντελεστές διάχυσης και βαθμός διάσπασης σε ηλεκτρολύτες λιθίου, ιοντικά υγρά και πολυηλεκτρολύτες υδρογέλης"

Ιστορικό Δημοσίευσης

  • Ελήφθη 4 Σεπτεμβρίου 2018
  • Αναθεωρημένο 21 Οκτωβρίου 2018
  • Που δημοσιεύθηκε online 12 Νοεμβρίου 2018
  • Που δημοσιεύθηκε στην έκδοση 6 Δεκεμβρίου 2018
Προβολές άρθρου
Altmetric
Αναφορές

Οι προβολές άρθρων είναι το άθροισμα των λήψεων άρθρων πλήρους κειμένου από τον Νοέμβριο του 2008 (τόσο σε PDF όσο και σε HTML) που συμμορφώνεται με ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ σε όλα τα ιδρύματα και μεμονωμένα άτομα. Αυτές οι μετρήσεις ενημερώνονται τακτικά για να αντικατοπτρίζουν τη χρήση που οδηγεί στις τελευταίες ημέρες.

Οι αναφορές είναι ο αριθμός των άλλων άρθρων που αναφέρονται σε αυτό το άρθρο, που υπολογίζεται από το Crossref και ενημερώνεται καθημερινά. Βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον αριθμό των αναφορών Crossref.

Το Altmetric Attention Score είναι ένα ποσοτικό μέτρο της προσοχής που έχει λάβει ένα ερευνητικό άρθρο στο διαδίκτυο. Κάνοντας κλικ στο εικονίδιο ντόνατ, θα φορτωθεί μια σελίδα στο altmetric.com με πρόσθετες λεπτομέρειες σχετικά με τη βαθμολογία και την παρουσία στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης για το συγκεκριμένο άρθρο. Βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Altmetric Attention Score και τον τρόπο υπολογισμού της βαθμολογίας.

Πρόσφατα οι Garrido et al. (1) δημοσίευσαν ένα άρθρο σε αυτό το περιοδικό σχετικά με την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την αυτοδιάχυση ιόντων αλάτων λιθίου στο νερό, ιοντικά υγρά και πολυηλεκτρολύτες υδρογέλης. Η εργασία αποσκοπεί να αποδείξει ότι η υπόθεση της πλήρους διάστασης δεν είναι απαραίτητη για τη σωστή περιγραφή της αγωγιμότητας τέτοιων διαλυμάτων ηλεκτρολυτών εκτός από την περιγραφή της αγωγιμότητας στις υδρογέλες. Οι συγγραφείς αναφέρουν την εργασία(2) για τις θερμοδυναμικές ιδιότητες των διαλυμάτων ηλεκτρολυτών που βασίζονται στο λεγόμενο μοντέλο Arrhenius συσχέτισης ιόντων σε ισχυρούς ηλεκτρολύτες υπέρ της προσέγγισής τους, αλλά αγνοούν το γεγονός ότι αυτό το μοντέλο έχει αποδειχθεί ότι κάνει λανθασμένες προβλέψεις.(3). , 4)

Τα επιχειρήματα που χρησιμοποιούνται για τις ιδιότητες μεταφοράς βασίζονται σε ένα απλό αλλά λανθασμένο μοντέλο που σχετίζει την αυτοδιάχυση ιόντων με την ηλεκτρική αγωγιμότητα με βάση την εξίσωση Nernst-Einstein και τη θεωρία της ατελούς διάστασης του Arrhenius. Οι αδυναμίες της θεωρίας της αγωγιμότητας του Arrhenius αντιμετωπίστηκαν από τον MacInnes στην κλασική του μονογραφία πριν από πολλά χρόνια: στην ουσία, υποθέτει ότι οι κινητικότητες είναι σταθερές ανεξάρτητες από τη συγκέντρωση. (5) Garrido et al. (1) έχουν αγνοήσει ένα μεγάλο μέρος πειραματική, υπολογιστική και θεωρητική εργασία στη βιβλιογραφία που δείχνει την ανεπάρκεια της προσέγγισής τους, η οποία δεν έχει σωστή θεωρητική αιτιολόγηση. Τα βασικά ελαττώματα είναι ότι οι συσχετίσεις μεταξύ των ταχυτήτων διαφορετικών ιόντων, μεταξύ μορίων διαλύτη και μεταξύ ιόντων και μορίων διαλύτη παραμελούνται και ότι δεν γίνεται διάκριση μεταξύ της ηλεκτρικής και της διαχυτικής κινητικότητας των ιόντων στο διάλυμα, μια σημαντική έννοια στην ηλεκτροχημεία. Δυστυχώς, αυτές είναι κοινές παρανοήσεις στη βιβλιογραφία, π.χ. παραπομπές (6−10), όλες οι πρόσφατες δημοσιεύσεις. Αυτό το σχόλιο επιδιώκει να διευκρινίσει τα σχετικά ζητήματα.

Η οριακή τιμή του συντελεστή αυτοδιάχυσης ενός ιόντος (ρεμικρόΕγώ) σε άπειρη αραίωση (συμβολίζεται με ∞) δίνεται από τη σχέση του Nernst:(11,12) (1) όπου λΕγώ ∞ είναι η περιοριστική ιοντική γραμμομοριακή αγωγιμότητα, φά και R είναι οι σταθερές Faraday και αερίου, και Τ είναι η απόλυτη θερμοκρασία. Δεδομένου ότι η μοριακή αγωγιμότητα του άλατος είναι το άθροισμα των ιοντικών συνεισφορών, μπορεί να γραφτεί ως το άθροισμα των συντελεστών αυτοδιάχυσης ιόντων ως (2) για ένα διάλυμα άλατος 1:1. Αυτό είναι ευρέως γνωστό ως σχέση Nernst-Einstein.

Οι Garrido et al. (1) εφαρμόζουν αυτήν την εξίσωση σε συγκεντρώσεις έως 5 mol/L, τροποποιώντας την ώστε να περιλαμβάνει τον βαθμό διάστασης του άλατος, α: (3)

Αυτό αγνοεί τις αλληλεπιδράσεις ιόντων -διαλυτών και υποθέτει ότι οι αλληλεπιδράσεις ιόντων -ιόντων περιορίζονται στη σύνδεση για να σχηματίσουν ουδέτερα είδη. Δεν αναφέρουν καμία πηγή για αυτήν την έκδοση της εξίσωσης Nernst-Einstein ούτε παρέχουν καμία θεωρητική αιτιολόγηση, αλλά μια προηγούμενη εργασία από αυτήν την ομάδα(13) που χρησιμοποιεί την ίδια εξίσωση δίνει ως πηγή ένα έργο του Hayamizu(14). Ωστόσο, και τα δύο έγγραφα Garrido παραμελούν ότι ο Hayamizu και οι συνεργάτες του καθιστούν σαφές σε μια ακόμη παλαιότερη μελέτη (15) ότι η ισοδυναμία 2 υποθέτει την παραμέληση των "συντελεστών τριβής" Laity ή όπως ο ίδιος ο Laity έθεσε, "interionic interference", (16) ή ακριβέστερα, συσχετίσεις μεταξύ των ταχυτήτων των διαφόρων ειδών στο διάλυμα, θετικές και αρνητικές. (17-19) Σημειώνουμε ότι οι McDaniel και Son έχουν, σε πρόσφατη εργασία τους, (20) μελετήσει τη δυναμική των ιόντων σε διαλύματα ιοντικών υγρών από άπειρα αραίωση σε διάφορους διαλύτες στο καθαρό υγρό, που δείχνει πολύ καθαρά τη διασταύρωση από τη θετική συσχέτιση ταχυτήτων κατιόντος-ανιόντος σε αραιό διάλυμα με την αντισυσχέτιση όλων των συνδυασμών ταχυτήτων ιόντων-ιόντων στο καθαρό ιοντικό υγρό. Όπως επισημάνθηκε από τους Kashyap et al., (19) οι αντισυσχετισμοί είναι ένα άμεσο αποτέλεσμα του νόμου διατήρησης της ορμής. (21,22)

Εάν η εξίσωση 2 ήταν εφαρμόσιμη, τότε θα περίμενε κανείς ότι οι αγωγιμότητες και οι συντελεστές αυτοδιάχυσης ιόντων να έχουν παρόμοια εξάρτηση από τη συγκέντρωση σε σταθερή θερμοκρασία. Αν και πρέπει να επιτρέπεται ο βαθμός συσχέτισης να εξαρτάται από τη σύνθεση, η γενική τάση θα πρέπει να είναι η ίδια για τις τρεις ιδιότητες. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Όπως επισημαίνουν οι Robinson και Stokes, «η κινητικότητα των ιόντων στη διάχυση ποικίλλει πολύ λιγότερο με τη συγκέντρωση από ό, τι η κινητικότητά τους στην ηλεκτρολυτική αγωγή και ενώ η δεύτερη μειώνεται πάντα με την αύξηση της συγκέντρωσης, η πρώτη μπορεί να αυξηθεί, να μειωθεί ή να παραμείνει σταθερή, ανάλογα με το άλας θεωρείται."(11) Μια αύξηση του συντελεστή αυτοδιάχυσης με αυξανόμενη συγκέντρωση φαίνεται για το ιόν χλωρίου σε υδατικό χλωριούχο καίσιο, για παράδειγμα, στο Σχήμα 8.2 της αναφοράς (12). Άλλα παραδείγματα δίνονται στο έργο των Hertz και Mills για την αυτοδιάχυση για έναν αριθμό ηλεκτρολυτών «που σπάνε τη δομή του νερού». (23) Οι τρέχουσες θεωρίες των ιδιοτήτων μεταφοράς ηλεκτρολυτών όπως αυτές των Bagchi, Turq και συναδέλφων (24,25) είναι πιο κατάλληλα από την εφαρμογή της ισοδυναμίας 2.

Η σχέση μεταξύ της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και των συντελεστών αυτοδιάχυσης τόσο για διαλύματα ηλεκτρολυτών όσο και για τηγμένα άλατα (συμπεριλαμβανομένων των ιοντικών υγρών) τέθηκε σε υγιή βάση, συνδυάζοντας τόσο μη ισορροπημένη θερμοδυναμική όσο και στατιστική μηχανική, από τον Schönert, (26) μετά από προηγούμενη εργασία του Douglass και Frisch, (27) Hertz, (22) Woolf and Harris, (18) και Miller (28) σε διαλύματα ηλεκτρολυτών. Αν και οι εκδόσεις Woolf – Harris και Miller είναι συνεπείς με αυτές του Schönert, έχει την πιο ολοκληρωμένη παραγωγή και έχει αποδειχθεί πολύ χρήσιμη στην αντιμετώπιση ιοντικών υγρών.

Για έναν δυαδικό ηλεκτρολύτη με κατιόν άλατος, ντο, που συμβολίζεται με 1 και ανιόν, ΕΝΑ, που συμβολίζεται με το 2, σε έναν ουδέτερο διαλύτη (0), όπου το άλας ιονίζεται ως (4) και όπου η μέτρηση των συντελεστών αυτοδιάχυσης μπορεί να γίνει είτε με μεθόδους ιχνηθέτη είτε με μεθόδους spin–echo NMR, οι ροές (J) των ιόντων και του διαλύτη μπορεί να γραφεί στο πλαίσιο σταθερής μάζας των refs (28) και (29) ως (5) Η θερμοδυναμική δύναμη που οδηγεί τη διάχυση ή τη μετανάστευση ιόντων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο προς την κατεύθυνση Χ για είδη ι είναι (6) όπου μι και ϕι είναι το χημικό δυναμικό και το ηλεκτρικό δυναμικό, αντίστοιχα. φά είναι η σταθερά Faraday. Οι Onsager φαινομενολογικοί συντελεστές Ωij ικανοποιούν τις αμοιβαίες σχέσεις, τη βάση της μη ισορροπημένης θερμοδυναμικής: (7)

Η στατιστική θεωρία μηχανικής γραμμικής απόκρισης, ωστόσο, χρησιμοποιεί συντελεστές διασταυρούμενης συσχέτισης ταχύτητας Kubo-Green (VCC) μεταξύ διαφορετικών σωματιδίων α και β των ειδών Εγώ και ι: (8) γραμμένο ως προς τις ταχύτητες v, επίσης στο πλαίσιο αναφοράς σταθερής μάζας. Οι αγκύλες υποδεικνύουν έναν μέσο όρο για όλα τα σωματίδια στο σύστημα. Ο όρος εντός των παρενθέσεων, η συνάρτηση διασταυρούμενης συσχέτισης ταχύτητας (VCF), αυξάνεται από μια αρνητική τιμή σε ένα θετικό μέγιστο και στη συνέχεια διασπάται με ταλαντευτικό τρόπο με το χρόνο λόγω των διασωματιδιακών συγκρούσεων σε ένα ρευστό σε τυπικές πυκνότητες υγρών. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί μέσω προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής και του VCC που λαμβάνεται με τον μέσο όρο στο σύνολο και την ενσωμάτωση κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. (19)

Πότε Εγώ και ι είναι πανομοιότυπα συστατικά ή είδη και τα α και β αναφέρονται στο ίδιο σωματίδιο, το ολοκλήρωμα του VCF είναι συντελεστής αυτοσυσχέτισης ταχύτητας και σχετίζεται άμεσα με τον συντελεστή αυτοδιάχυσης σε καθαρή ουσία ή τον συντελεστή αυτοδιάχυσης των ειδών Εγώ σε διάλυμα ή μείγμα: (9) Το μονοσωματικό VCF εδώ είναι αναγκαστικά θετικό σε μηδενικό χρόνο και επίσης διασπάται με ταλαντωτικό τρόπο με το χρόνο καθώς οι ενδοσωματιδικές συγκρούσεις τυχαιοποιούν την ταχύτητα ενός δεδομένου σωματιδίου. Μπορεί εύκολα να αποδειχθεί ότι οι συντελεστές αυτοδιάχυσης έχουν τις ίδιες τιμές σε όλα τα πλαίσια αναφοράς όταν το πειραματικά παρατηρούμενο είδος (π.χ. ραδιο-ιχνηθέτη ή αντηχητικό NMR) έχει τις ίδιες ιδιότητες με τα υποδεικνυόμενα είδη ενδιαφέροντος. (29,30 )

Σε έναν δυαδικό ηλεκτρολύτη υπάρχουν έξι μετρήσιμες, ανεξάρτητες ιδιότητες μεταφοράς που μπορούν να δοθούν ως προς τους συντελεστές συσχέτισης ταχύτητας: ο συντελεστής αμοιβαίας διάχυσης, ρεV, είτε αριθμός μεταφοράς ιόντων, τ1 ή τ2, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, κ, ή η μοριακή αγωγιμότητα, Λ, και τρεις συντελεστές αυτοδιάχυσης, ένας για κάθε ιόν, ρεS1 και ρεS2και αυτό για τον διαλύτη, ρεS0Το Συνεπώς, υπάρχουν έξι ανεξάρτητοι συντελεστές Onsager και έξι συντελεστές συσχέτισης ταχύτητας. Για ένα λιωμένο αλάτι ή ιοντικό υγρό, αυτές μειώνονται σε τρεις μόνο ανεξάρτητες ιδιότητες μεταφοράς, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και τους δύο συντελεστές αυτοδιάχυσης ιόντων. [Παρά τους πολλούς ισχυρισμούς για το αντίθετο στην ιοντική υγρή βιβλιογραφία λόγω παρεξηγήσεων της ηλεκτροχημείας, δεν μπορεί κανείς να ορίσει έναν αριθμό μεταφοράς σε καθαρό λιωμένο άλας, μόνο σε δυαδικό μίγμα ή διάλυμα. (31−33) Ο ισχυρισμός στα αποτελέσματα και τη συζήτηση , στη σελίδα 8304, ότι ο αριθμός μεταφοράς του κατιόντος είναι ίσος με ρεS1/(ρεS1 + ρεS2) είναι λάθος. Και πάλι, αυτή η σχέση ισχύει μόνο σε άπειρη αραίωση όπου η διάχυση και η ηλεκτρική κινητικότητα είναι ίσες. (11,12,34) Η σωστή μορφή για έναν αριθμό μεταφοράς ιόντων σε ένα δυαδικό διάλυμα ηλεκτρολύτη σε πεπερασμένες συγκεντρώσεις δίνεται από την εξίσωση 41 της αναφοράς (18 ).]

Οι σχέσεις μεταξύ του VCC, των πειραματικών αριθμών μεταφοράς και των συντελεστών Onsager έχουν δοθεί από τον Schönert, την εξίσωσή του 24. Για τους σκοπούς αυτού του σχολίου, απαιτούνται μόνο τρεις από αυτές τις εκφράσεις για το VCC ιόντων-ιόντων. Χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο συμβολισμό(35) (10) για το VCC (ΝΕΝΑ είναι ο αριθμός του Avogadro), αυτοί είναι οι (11) (12) και (13) Σημειώστε ότι η (παρωχημένη) ισοδύναμη αγωγιμότητα Λεξ = Λ/(ν1z1) εμφανίζεται σε αυτές τις εκφράσεις. ο τΕγώ είναι αριθμοί μεταφοράς στο πλαίσιο αναφοράς με σταθερό διαλύτη ή Hittorf, όπως μετράται στο εργαστήριο, ρε, δίνεται από το (14) όπου ρεV είναι ο δυαδικός ή αμοιβαίος συντελεστής διάχυσης στο σταθερό σε όγκο πλαίσιο αναφοράς, και πάλι όπως μετράται στο εργαστήριο, Μ είναι η μοριακότητα του άλατος, γ είναι ο μέσος συντελεστής δραστικότητας στην κλίμακα σύνθεσης μοριακότητας και ντοΕγώ είναι πολικότητες, με την πυκνότητα ρ να δίνεται ως προς τις μερικές πυκνότητες κατά (15) ΜΕγώ όντας μοριακές μάζες.

Με λίγη άλγεβρα, η πλήρης σχέση μεταξύ της αγωγιμότητας και των συντελεστών αυτοδιάχυσης ιόντων μπορεί να ληφθεί από τις εξισώσεις 11–13: (16) με την απόκλιση, Δ, από την έκφραση Nernst–Einstein, ΛΒΑ, που δόθηκε ως προς το VCC από (17) Αυτό το αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας ισοδύναμους αλλά ελαφρώς διαφορετικούς ορισμούς του φάij, προήλθε προηγουμένως από τον Hertz (22) και από τους Woolf και Harris. (18) Είναι σημαντικό ότι η ίδια εξίσωση ισχύει για τα λιωμένα άλατα και τα ιοντικά υγρά. (35−39) Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση φάij είναι πάντα αρνητικές, αντιπροσωπεύοντας αντισυσχετίσεις μεταξύ των ταχυτήτων των ιόντων, και για τα δύο ζεύγη ιόντων με το ίδιο και αντίθετο φορτίο, (19) ενώ, σε δυαδικές λύσεις, το φάij μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό. (18,19) Έχει διαπιστωθεί ότι, σε υδατικά διαλύματα απλών αλάτων (π.χ., αλογονίδια αλκαλίων και αλκαλικών γαιών), φά12 Οι τιμές για τις αντίθετες αλληλεπιδράσεις ιόντων είναι θετικές σε χαμηλές έως μέτριες συγκεντρώσεις, δηλαδή, οι ταχύτητες των κατιόντων και των ανιόντων συσχετίζονται όπως θα περίμενε κανείς. Αυτό είναι δυνατό καθώς η ορμή ανταλλάσσεται επίσης με τα μόρια του διαλύτη, ενώ σε ένα λιωμένο άλας δεν υπάρχει διαλύτης και, κατά συνέπεια, η διατήρηση της ορμής έχει ως αποτέλεσμα αρνητικά φά12, αν και κάπως μικρότερο σε μέγεθος από το φάii., το VCC για αλληλεπιδράσεις παρόμοιων ιόντων. (40−42) Όπου συμβαίνει σύνδεση ιόντων, όπως για το υδατικό ZnCl2(43) και Να2ΕΤΣΙ4,(44)φά12 οι τιμές είναι έντονα θετικές, πολύ περισσότερο από ό, τι για τυπικά μη συσχετισμένα άλατα όπως το MgCl2Το Αυτό είναι στην πραγματικότητα ένα χρήσιμο διαγνωστικό για τη σύνδεση ιόντων σε ισχυρούς ηλεκτρολύτες όπου άλλες μέθοδοι όπως η σκέδαση νετρονίων μπορούν να δώσουν διφορούμενα αποτελέσματα.

Οι εξισώσεις 16 και 17 δείχνουν ότι οι αποκλίσεις από την απλή εξίσωση Nernst -Einstein περιλαμβάνουν συσχετίσεις μεταξύ των ταχυτήτων των ιόντων στο διάλυμα, όχι απλή συσχέτιση όπως προτάθηκε από τους Garrido et al. 11,12) η έκφραση ισχύει μόνο σε άπειρη αραίωση ή για την τεχνητή κατάσταση που φά12 είναι ο αριθμητικός μέσος όρος του φάiiΤο (Παρόμοιες συνθήκες για απλές εκφράσεις όπως η εξίσωση Darken ή Hartley-Crank που σχετίζονται με τους συντελεστές αμοιβαίας και αυτοδιάχυσης σε διαλύματα μη ηλεκτρολυτών είναι από καιρό γνωστές. (12,21,45)) Η διερεύνηση διαλυμάτων ηλεκτρολυτών απαιτεί περισσότερο από την αυτοδιάχυση ιόντων και μετρήσεις αγωγιμότητας, αλλά πρέπει να περιλαμβάνουν μετρήσεις αμοιβαίας διάχυσης, αυτοδιάχυσης διαλύτη και μετρήσεων αριθμού μεταφοράς προκειμένου να ληφθεί μια πλήρης εικόνα. Η χρήση ιοντικών υγρών ως διαλυμένων ουσιών επιτρέπει κατ' αρχήν την εξέταση ολόκληρου του εύρους σύνθεσης, από άπειρη αραίωση έως καθαρό ιοντικό υγρό, όπως στις προσομοιώσεις των McDaniel and Son,(20) που αντιπροσωπεύουν μια πιο περίπλοκη προσέγγιση, σύμφωνα με τον πειραματικό προσδιορισμό του VCC. Ωστόσο, το τελευταίο είναι ένα τρομερό έργο σε υψηλές συγκεντρώσεις λόγω του υψηλού ιξώδους τέτοιων διαλυμάτων, το οποίο σχεδόν αποκλείει τις κλασικές τεχνικές για τον προσδιορισμό της αμοιβαίας διάχυσης (12,46) (αν και η σκέδαση φωτός είναι μια πιθανότητα) ή τους αριθμούς μεταφοράς.(47) Παρά Αυτό, θα πρέπει να αντισταθεί στον πειρασμό να χρησιμοποιήσει ακατάλληλες προσεγγίσεις στην ανάλυση των μετρήσεων ιδιοκτησίας μεταφοράς.


Εξωτερικοί συνδετήρες

Οι εξωτερικοί υποκαταστάτες (που εμφανίζονται εδώ με πράσινο χρώμα) συνδέονται με μια θέση στην εξωκυτταρική πλευρά του καναλιού.

  • Ακετυλοχολίνη (ACh). Η δέσμευση του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνης σε ορισμένες συνάψεις ανοίγει κανάλια που δέχονται Na + και προκαλούν νευρική ώθηση ή μυϊκή σύσπαση.
  • Γάμμα αμινοβουτυρικό οξύ (GABA). Δέσμευση GABA σε ορισμένες συνάψεις & mdash που ορίζονται GABAΕΝΑ Το &mdash στο κεντρικό νευρικό σύστημα δέχεται ιόντα Cl - στο κύτταρο και αναστέλλει τη δημιουργία νευρικής ώθησης. [Περισσότερο]

Εσωτερικοί συνδέτες

Οι εσωτερικοί συνδέτες συνδέονται σε μια θέση στην πρωτεΐνη καναλιού που εκτίθεται στο κυτοσόλιο.

  • «Δεύτεροι αγγελιοφόροι», όπως κυκλικό AMP (κατασκήνωση) και κυκλικό GMP (cGMP), ρυθμίζουν τα κανάλια που εμπλέκονται στην έναρξη παρορμήσεων στους νευρώνες που ανταποκρίνονται στις οσμές και το φως αντίστοιχα.
  • ATP απαιτείται για να ανοίξει το κανάλι που επιτρέπει χλωρίδιο (Cl -) και όξινο ανθρακικό (HCO)3 -) ιόντα έξω από το κύτταρο. Αυτό το κανάλι είναι ελαττωματικό σε ασθενείς με κυστική ίνωσηΤο Αν και η ενέργεια που απελευθερώνεται από την υδρόλυση του ΑΤΡ χρειάζεται για να ανοίξει το κανάλι, αυτό είναι δεν ένα παράδειγμα ενεργού μεταφοράς τα ιόντα διαχέονται μέσω του ανοιχτού καναλιού ακολουθώντας τη βαθμίδα συγκέντρωσης.

Ιδιότητες που μοιράζονται οι ιοντικές ενώσεις

Οι ιδιότητες των ιοντικών ενώσεων σχετίζονται με το πόσο ισχυρά τα θετικά και τα αρνητικά ιόντα έλκονται μεταξύ τους σε έναν ιοντικό δεσμό. Οι εμβληματικές ενώσεις παρουσιάζουν επίσης τις ακόλουθες ιδιότητες:

  • Σχηματίζουν κρυστάλλους.
    Οι ιοντικές ενώσεις σχηματίζουν κρυσταλλικά πλέγματα παρά άμορφα στερεά. Παρόλο που οι μοριακές ενώσεις σχηματίζουν κρυστάλλους, συχνά παίρνουν άλλες μορφές καθώς οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι συνήθως πιο μαλακοί από τους ιοντικούς κρυστάλλους. Σε ατομικό επίπεδο, ένας ιονικός κρύσταλλος είναι μια κανονική δομή, με το κατιόν και το ανιόν να εναλλάσσονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν μια τρισδιάστατη δομή βασισμένη σε μεγάλο βαθμό στο μικρότερο ιόν που γεμίζει ομοιόμορφα τα κενά μεταξύ του μεγαλύτερου ιόντος.
  • Έχουν υψηλά σημεία τήξης και υψηλά σημεία βρασμού.
    Απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες για να ξεπεραστεί η έλξη μεταξύ των θετικών και αρνητικών ιόντων στις ιοντικές ενώσεις. Επομένως, απαιτείται πολύ ενέργεια για να λιώσει ιοντικές ενώσεις ή να προκαλέσει βρασμό τους.
  • Έχουν υψηλότερες ενθαλπίες σύντηξης και εξάτμισης από τις μοριακές ενώσεις.
    Ακριβώς όπως οι ιοντικές ενώσεις έχουν υψηλά σημεία τήξης και βρασμού, έχουν συνήθως ενθαλπίες σύντηξης και εξάτμισης που μπορεί να είναι 10 έως 100 φορές υψηλότερες από αυτές των περισσότερων μοριακών ενώσεων. Η ενθαλπία της σύντηξης είναι η θερμότητα που απαιτείται για την τήξη ενός μόνο mol ενός στερεού υπό σταθερή πίεση. Η ενθαλπία της εξάτμισης είναι η θερμότητα που απαιτείται για την εξάτμιση ενός mol μιας υγρής ένωσης υπό σταθερή πίεση.
  • Είναι σκληρά και εύθραυστα.
    Οι ιοντικοί κρύσταλλοι είναι σκληροί επειδή τα θετικά και τα αρνητικά ιόντα έλκονται έντονα μεταξύ τους και είναι δύσκολο να διαχωριστούν, ωστόσο, όταν ασκείται πίεση σε έναν ιοντικό κρύσταλλο, τότε ιόντα παρόμοιας φόρτισης μπορεί να εξαναγκαστούν πιο κοντά το ένα στο άλλο. Η ηλεκτροστατική απώθηση μπορεί να είναι αρκετή για να χωρίσει τον κρύσταλλο, γι' αυτό και τα ιοντικά στερεά είναι επίσης εύθραυστα.
  • Άγουν ηλεκτρισμό όταν διαλύονται στο νερό.
    Όταν οι ιοντικές ενώσεις διαλύονται στο νερό, τα ιόντα που διασπώνται είναι ελεύθερα να μεταφέρουν ηλεκτρικό φορτίο μέσω του διαλύματος. Λειωμένες ιοντικές ενώσεις (λιωμένα άλατα) επίσης μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια.
  • Είναι καλοί μονωτές.
    Αν και αγώγουν σε τετηγμένη μορφή ή σε υδατικό διάλυμα, τα ιοντικά στερεά δεν αγώγουν πολύ καλά τον ηλεκτρισμό επειδή τα ιόντα είναι τόσο στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Fiori, G. et al. Ηλεκτρονικά βασισμένα σε δισδιάστατα υλικά. Νατ. Νανοτεχνολογία. 9, 768–779 (2014).

Mak, K. F. & Shan, J. Photonics and optoelectronics of 2D semiconductor transition metal dichalcogenides. Νατ. Φωτόνιο. 10, 216–226 (2016).

Schaibley, J. R. et al. Valleytronics σε δισδιάστατα υλικά. Νατ. Rev. Mater. 1, 16055 (2016).

Hong, J. et al. Ανισότροπη ηλεκτρονική δομή που εξαρτάται από το επίπεδο ανεξάρτητου οιονεί δισδιάστατου MoS2. Phys. Rev. B 93, 075440 (2016).

Gong, C. et αϊ. Ηλεκτρονικές και οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές βασισμένες σε διχαλκογονίδια μετάλλου ανισότροπων μετάλλων 2D. Adv. Sci. 4, 1700231 (2017).

Jung, Y., Zhou, Y. & amp Cha, J. J. Intercalation σε δισδιάστατα μεταβατικά χαλκογονίδια μετάλλου. Inorg. Chem. Εμπρός. 3, 452–463 (2016).

Voiry, D., Mohite, A. & amp Chhowalla, Μ. Μηχανική φάσης διχαλκογονιδίων μετάλλων μετάπτωσης. Chem. Soc. Στροφή μηχανής. 44, 2702–2712 (2015).

Wang, L., Xu, Z., Wang, W. & amp Bai, X. Ατομικός μηχανισμός δυναμικών διαδικασιών ηλεκτροχημικής λιθιοποίησης του MoS2 νανοφυλλα Μαρμελάδα. Chem. Soc. 136, 6693–6697 (2014).

Chhowalla, Μ. et αϊ. Η χημεία των νανοφύλλων δισδιάστατων στρωματοποιημένων διχαλκογονιδίων μετάλλων μετάπτωσης. Νατ. Chem. 5, 263–275 (2013).

Sun, X., Wang, Z., Li, Z. & Fu, Y. Q. Προέλευση δομικού μετασχηματισμού σε μονο- και διπλής στιβάδας δισουλφίδιο του μολυβδαινίου. Sci. Μαλλομέταξο ύφασμα. 6, 26666 (2016).

Kappera, R. et αϊ. Επαφές χαμηλής αντίστασης σχεδιασμένες για φάσεις για εξαιρετικά λεπτό MoS2 τρανζίστορ. Νατ. Μητήρ. 13, 1128–1134 (2014).

Cho, S. et al. Μοτίβο φάσης για ωμική επαφή ομοειδούς σύνδεσης στο MoTe2. Επιστήμη 349, 625–628 (2015).

Lin, Y.-C., Dumcenco, D. O., Huang, Y.-S. & amp Suenaga, K. Ατομικός μηχανισμός της ημιαγωγικής μετάβασης σε μεταλλική φάση σε μονοστρωματικά MoS2. Νατ. Νανοτεχνολογία. 9, 391–396 (2014).

Yang, H., Kim, S. W., Chhowalla, M. & Lee, Y. H. Μεταπτώσεις φάσης δομικής και κβαντικής κατάστασης σε υλικά με στρώσεις van der Waals. Νατ. Phys. 13, 931–937 (2017).

Choe, D.-H., Sung, H.-J. & Chang, K. J. Κατανόηση της μετάβασης τοπολογικής φάσης σε μονοστρωματικά διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης. Phys. Απ. Β 93, 125109 (2016).

Wang, Υ. et αϊ. Μετάβαση δομικής φάσης σε μονοστρωματικό MoTe2 οδηγείται από ηλεκτροστατικό ντόπινγκ. Φύση 550, 487–491 (2017).

Ma, Υ. Et αϊ. Αναστρέψιμη μετάβαση φάσης ημιαγωγών σε μεταλλικές σε χημική εναπόθεση ατμού που καλλιεργείται μονοστρωματική WSe2 και εφαρμογές για συσκευές. ACS Nano 9, 7383–7391 (2015).

Stephenson, T., Li, Z., Olsen, B. & amp Mitlin, D. Εφαρμογές μπαταριών ιόντων λιθίου δισουλφιδίου μολυβδαινίου (MoS2) νανοσύνθετα. Ενεργειακό Περιβάλλον. Sci. 7, 209–231 (2014).

Xu, X., Liu, W., Kim, Y. & amp Cho, J. Νανοδομημένα μεταλλικά σουλφίδια μετάβασης για μπαταρίες ιόντων λιθίου: πρόοδος και προκλήσεις. Νάνο Σήμερα 9, 604–630 (2014).

Li, Y., Wu, D., Zhou, Z., Cabrera, C. R. & Chen, Z. Ενισχυμένη προσρόφηση και διάχυση Li στο MoS2 ζιγκ-ζαγκ νανοκορδέλες από εφέ ακμών: μια υπολογιστική μελέτη. J. Phys. Chem. Κάτοικος της Λατβίας. 3, 2221–2227 (2012).

Wang, Η. Et al. Ηλεκτροχημικός συντονισμός του κάθετα ευθυγραμμισμένου MoS2 νανοφίλμ και η εφαρμογή του στη βελτίωση της αντίδρασης εξέλιξης υδρογόνου. Proc. Natl Acad. Sci. ΗΠΑ 110, 19701–19706 (2013).

Xia, J. et αϊ. Εξέλιξη φάσης της δυναμικής παρεμβολής λιθίου στο 2H-MoS2. Νανοκλίμακα 9, 7533–7540 (2017).

Xiong, F. et al. Li Intercalation στο MoS2: επί τόπου παρατήρηση της δυναμικής του και ρύθμιση οπτικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Νάνο Λετ. 15, 6777–6784 (2015).

Leng, Κ. et αϊ. Αναδιάρθρωση φάσης σε διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης για εξαιρετικά σταθερή αποθήκευση ενέργειας. ACS Nano 10, 9208–9215 (2016).

Jo, S. Η. et al. Συσκευή memristor νανοκλίμακας ως σύναψη σε νευρομορφικά συστήματα. Νάνο Λετ. 10, 1297–1301 (2010).

Du, G. et αϊ. Ανώτερη σταθερότητα και υψηλή ικανότητα επανασυσκευασμένου δισουλφιδίου μολυβδαινίου ως υλικό ανόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Chem. Commun. 46, 1106–1108 (2010).

Melitz, W., Shen, J., Kummel, A. C. & Lee, S. Kelvin ανιχνευτής μικροσκοπίας δύναμης και η εφαρμογή της. Σπάζοντα κύματα παραλίας. Sci. Μαλλομέταξο ύφασμα. 66, 1–27 (2011).

Wang, F. et al. Χημική κατανομή και σύνδεση λιθίου σε παρεμβαλλόμενο γραφίτη: ταυτοποίηση με βελτιστοποιημένη φασματοσκοπία απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων. ACS Nano 5, 1190–1197 (2011).

Rasamani, K. D., Alimohammadi, F. & amp Sun, Y. InterSlayer-expanded MoS2. Μητήρ. Σήμερα 20, 83–91 (2017).

Valov, Ι. Et al. Οι νανομπαταρίες σε διακόπτες με αντίσταση που βασίζονται σε οξειδοαναγωγή απαιτούν επέκταση της θεωρίας μεμρίστορ. Νατ. Commun. 4, 1771 (2013).

Park, G.-S. et αϊ. Επί τόπου παρατήρηση νηματωδών αγώγιμων καναλιών σε ένα ασύμμετρο Ta2Ο5 − x/TaO2−x δομή δύο στρωμάτων. Νατ. Commun. 4, 2382 (2013).

Yang, Υ. et αϊ. Παρατήρηση της ανάπτυξης αγώγιμων νημάτων σε ανθεκτικές μνήμες νανοκλίμακας. Νατ. Commun. 3, 732 (2012).

Fonseca, R. in Synaptic Tagging and Capture (επιμ. Sajikumar, S.) 29–44 (Springer, New York, 2015).

Muller, D., Hefft, S. & amp Figurov, A. Ετεροσυναπτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ UP και LTD σε φέτες ιππόκαμπου CA1. Νευρώνας 14, 599–605 (1995).

Nishiyama, M., Hong, K., Mikoshiba, K., Poo, M.-M. & amp Kato, K. Οι αποθήκες ασβεστίου ρυθμίζουν την πολικότητα και την εξειδίκευση εισόδου της συναπτικής τροποποίησης. Φύση 408, 584–588 (2000).

Royer, S. & amp Paré, D. Διατήρηση του συνολικού συναπτικού βάρους μέσω ισορροπημένης συναπτικής κατάθλιψης και ενίσχυσης. Φύση 422, 518–522 (2003).

Bailey, C. H., Giustetto, M., Huang, Y.-Y., Hawkins, R. D. & Kandel, E. R. Είναι η ετεροσυναπτική διαμόρφωση απαραίτητη για τη σταθεροποίηση της πλαστικότητας και της μνήμης του Hebbian. Νατ. Rev. Neurosci. 1, 11–20 (2000).

Sheridan, Ρ. Μ. et al. Αραιή κωδικοποίηση με δίκτυα memristor. Νατ. Νανοτεχνολογία. 12, 784–789 (2017).

Borghetti, J. et al. Οι διακόπτες "Memristive" επιτρέπουν λειτουργικές λογικές λειτουργίες "stateful" μέσω υλικών συνεπειών. Φύση 464, 873–876 (2010).

Yu, Y. et al. Μεταβάσεις φάσης με δυνατότητα ρύθμισης της πύλης σε λεπτές νιφάδες 1T-TaS2. Νατ. Νανοτεχνολογία. 10, 270–276 (2015).

Zhu, J. et al. Συναπτικά τρανζίστορ ιόντων, βασισμένα σε κρυστάλλους 2D van der Waals με ρυθμιζόμενη δυναμική διάχυσης. Adv. Μητήρ. 30, 1800195 (2018).

He, K., Poole, C., Mak, K. F. & amp Shan, J. Πειραματική επίδειξη συνεχούς συντονισμού ηλεκτρονικής δομής μέσω παραμόρφωσης σε ατομικά λεπτό MoS2. Νάνο Λετ. 13, 2931–2936 (2013).

Conley, H. J. et al. Μηχανική Bandgap τεταμένου MoS μονοστρωματικού και διπλού στρώματος2. Νάνο Λετ. 13, 3626–3630 (2013).

Sangwan, V. K. et al. Μεμτρανζίστορ πολλαπλών τερματικών από πολυκρυσταλλικό μονοστρωματικό δισουλφίδιο του μολυβδαινίου. Φύση 554, 500 (2018).

Zhu, L. Q., Wan, C. J., Guo, L. Q., Shi, Y. & Wan, Q. Τεχνητό δίκτυο συνάψεων σε ανόργανο αγωγό πρωτονίων για νευρομορφικά συστήματα. Νατ. Commun. 5, 3158 (2014).

Yang, Y., Chen, B. & amp Lu, D. W. Memristive φυσικά εξελιγμένα δίκτυα που επιτρέπουν την εξομοίωση της ετεροσυναπτικής πλαστικότητας. Adv. Μητήρ. 27, 7720–7727 (2015).

Wang, Z. et al. Memristors με διάχυτη δυναμική ως συναπτικοί εξομοιωτές για νευρομορφικούς υπολογισμούς. Νατ. Μητήρ. 16, 101–108 (2016).

Zhu, X., Lee, J. & amp Lu, D. W. Ανακατανομή κενών ιωδίου σε οργανικές -ανόργανες μεμβράνες περοβσκίτη αλογονιδίων και εφέ μεταγωγής με αντίσταση. Adv. Μητήρ. 29, 1700527 (2017).

Zhu, X., Du, C., Jeong, Y. & amp Lu, D. W. Εξομοίωση συναπτικής μεταπλαστικότητας σε memristors. Νανοκλίμακα 9, 45–51 (2017).


Αφηρημένη

Οι συντελεστές αυτοδιάχυσης (SDCs) Na +, Cs + και Ba2+ έχουν προσδιοριστεί στη μεμβράνη Nafion-117 που έχει μικτές κατιονικές συνθέσεις. Μεμβράνες με διαφορετικές αναλογίες κατιόντων Na + –Cs +, Cs + –Ba 2+, Na + –Ba 2+, και Ag + –Ba 2+ έχουν παρασκευαστεί με εξισορρόπηση με διαλύματα που περιέχουν διαφορετικές αναλογίες αυτών των κατιόντων. Τα SDC των κατιόντων (ρεNa, ρεCs, ρεBa) και οι ιοντικές συνθέσεις της μεμβράνης έχουν προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας μια μέθοδο ραδιοιχνηθέτη. Για τα συστήματα Na -Cs και Cs -Ba, τα SDC των κατιόντων βρέθηκαν να είναι ανεξάρτητα από τις ιοντικές συνθέσεις της μεμβράνης. Στην περίπτωση του συστήματος Na -Ba, ρεNa δεν αλλάζει με την ιοντική σύσταση, ενώ ρεΜπα έχει βρεθεί ότι εξαρτάται έντονα από την ιοντική σύνθεση της μεμβράνης και μειώνεται συνεχώς με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Na + στη μεμβράνη. Παρόμοια αποτελέσματα έχουν ληφθεί επίσης για ρεΜπα στην περίπτωση του συστήματος Ag–Ba. Οι συγκεκριμένες αγωγιμότητες (κδιαβολάκι) της μεμβράνης σε μικτές κατιονικές μορφές έχουν ληφθεί επίσης από μέτρηση σύνθετης αντίστασης εναλλασσόμενου ρεύματος και συγκρίθηκαν με αυτήν (κcal) υπολογίζεται από τα δεδομένα SDC. Για το σύστημα Na–Ba, η προσαύξηση του κδιαβολάκι με αύξηση της περιεκτικότητας σε Na + της μεμβράνης έχει βρεθεί ότι είναι παραβολική, ενώ για το σύστημα Na -C η αύξηση είναι γραμμική. Ο λόγος πίσω από τις διαφορετικές συμπεριφορές για διαφορετικούς τύπους ιοντικών συστημάτων έχει εξηγηθεί ποιοτικά με βάση τις διαφορετικές οδούς μεταφοράς των κατιόντων στη μεμβράνη.


Βασικά σημεία

  • Σημαντικά ιόντα δεν μπορούν να περάσουν μέσα από τις μεμβράνες με παθητική διάχυση αν μπορούσαν, η διατήρηση συγκεκριμένων συγκεντρώσεων ιόντων θα ήταν αδύνατη.
  • Η ωσμωτική πίεση είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των ατόμων ή των μορίων της διαλυμένης ουσίας που ασκούν μεγαλύτερη πίεση ανά μονάδα μάζας από ό,τι οι μη ηλεκτρολύτες.
  • Τα ιόντα ηλεκτρολυτών απαιτούν διευκολυνμένη διάχυση και ενεργή μεταφορά για να διασχίσουν τις ημιπερατές μεμβράνες.
  • Η διευκόλυνση της διάχυσης πραγματοποιείται μέσω καναλιών με βάση πρωτεΐνες, τα οποία επιτρέπουν τη διέλευση της διαλυμένης ουσίας κατά μήκος μιας κλίσης συγκέντρωσης.
  • Στην ενεργό μεταφορά, η ενέργεια από το ATP αλλάζει το σχήμα των πρωτεϊνών της μεμβράνης που μετακινούν τα ιόντα σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης.

Παραδείγματα διευκολυνμένης διάχυσης

Ένας αριθμός σημαντικών μορίων υφίσταται διευκολυμένη διάχυση για να κινηθεί μεταξύ κυττάρων και υποκυτταρικών οργανιδίων.

Μεταφορέας γλυκόζης

Όταν το φαγητό χωνεύεται, υπάρχει υψηλή συγκέντρωση γλυκόζης στο λεπτό έντερο. Αυτό μεταφέρεται μέσω των μεμβρανών των κυττάρων του πεπτικού σωλήνα, προς τα ενδοθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τα τριχοειδή του αίματος. Στη συνέχεια, η γλυκόζη μεταφέρεται σε όλο το σώμα από το κυκλοφορικό σύστημα. Όταν το αίμα ρέει μέσω ιστών που χρειάζονται ενέργεια, η γλυκόζη διασχίζει ξανά τις μεμβράνες των ενδοθηλιακών κυττάρων και εισέρχεται στα κύτταρα με χαμηλή συγκέντρωση γλυκόζης. Περιστασιακά, όταν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα μειώνονται, η κίνηση μπορεί να συμβεί αντίστροφα - από τους ιστούς του σώματος στην κυκλοφορία του αίματος. Για παράδειγμα, τα ηπατικά κύτταρα μπορούν να παράγουν γλυκόζη ακόμη και από πηγές που δεν περιέχουν υδατάνθρακες για να διατηρήσουν μια βασική συγκέντρωση σακχάρου στο αίμα και να αποτρέψουν την υπογλυκαιμία.

Ο μεταφορέας γλυκόζης που διευκολύνει αυτήν την κίνηση είναι μια πρωτεΐνη φορέας που έχει δύο μεγάλες διαμορφωτικές δομές. Ενώ η ακριβής τρισδιάστατη δομή δεν είναι γνωστή, η δέσμευση της γλυκόζης προκαλεί πιθανώς μια διαμορφωτική αλλαγή που κάνει τη θέση σύνδεσης στραμμένη προς το εσωτερικό του κυττάρου. Όταν η γλυκόζη απελευθερώνεται στο κύτταρο, ο μεταφορέας επιστρέφει στην αρχική του διαμόρφωση.

Κανάλια ιόντων

Ion channels have been extensively studied in excitatory cells like neurons and muscle fibers since the movement of ions across the membrane is an integral part of their function. These channel proteins form pores on the lipid bilayer that can be either in the open or closed conformation, depending on the electrical potential of the cell and the binding of ligands. In this sense, these proteins are called ‘gated’ channels.

The presence of ion pumps in most cells ensures that the ionic composition of the extracellular fluid is different from the cytosol. The resting potential of any cell is driven by this process, with an excess of sodium ions in the extracellular region and an excess of potassium ions within the cell. The electrical and concentration gradient generated in this manner is used for the propagation of action potentials along neurons and the contractility of muscle cells.

When a small change in the voltage of a cell occurs, sodium ion channels open and allow the rapid ingress of sodium ions into the cell. This, in turn, induces the opening of potassium ion channels, allowing these ions to move outward, demonstrating that the diffusion of one substance can occur independently of another. In a few milliseconds, a region in the cell membrane can undergo large changes in voltage – from -75 mV to +30 mV.

The binding of neurotransmitters like acetylcholine to receptors on muscle cells changes the permeability of ligand-gated ion channels. The transmembrane channel is made of multiple subunits arranged like a closed cylinder. The binding of the ligand (acetylcholine) alters the conformation of the hydrophobic side chains that block the central passage. This leads to the rapid influx of sodium ions into the muscle cell. The change in the electric potential of the cell further results in the opening of calcium ion channels, which then lead to the contraction of the muscle fiber.

Aquaporins

Like other transmembrane proteins, aquaporins have not been fully characterized. However, it is known that there are many such channels for the rapid passage of water molecules in nearly every cell. These highly conserved proteins are present in bacteria, plants, fungi and animals. Mutations in the proteins forming aquaporins can lead to diseases like diabetes insipidus.


How is it that ionic diffusion is independent of other ions? - Βιολογία

Απαιτείται συνδρομή στο J o VE για να δείτε αυτό το περιεχόμενο. Θα μπορείτε να δείτε μόνο τα πρώτα 20 δευτερόλεπτα.

Το πρόγραμμα αναπαραγωγής βίντεο JoVE είναι συμβατό με HTML5 και Adobe Flash. Τα παλαιότερα προγράμματα περιήγησης που δεν υποστηρίζουν HTML5 και τον κωδικοποιητή βίντεο H.264 θα εξακολουθούν να χρησιμοποιούν πρόγραμμα αναπαραγωγής βίντεο που βασίζεται σε Flash. Συνιστούμε τη λήψη της νεότερης έκδοσης του Flash εδώ, αλλά υποστηρίζουμε όλες τις εκδόσεις 10 και άνω.

Εάν αυτό δεν βοηθά, ενημερώστε μας.

The solubility of a solute is its maximum possible concentration at solubility equilibrium in a given amount of solvent. Solubility is affected by temperature and other physical conditions.

Substances that dissolve in water are called water-soluble. A simple water-soluble ionic compound like sodium chloride dissolves in water by breaking up into monatomic ions. Here, it is more favorable for the water molecules and ions to interact in solution than it is for the ions to remain in the ordered solid.

A more complex water-soluble ionic compound like sodium nitrate contains ions that are composed of multiple atoms covalently bound together, or polyatomic ions. When sodium nitrate dissolves, the polyatomic nitrate ions do not split into nitrogen and oxygen. Instead, the ions disperse in solution as intact units.

Substances that do not dissolve in water are water-insoluble. For example, silver chloride is a water-insoluble ionic compound. In this case, it is more favorable for the ions to remain in the ordered solid than to interact with water and disperse in the solution.

The solubility of an ionic compound in water depends on the ion pair that makes up the compound. Chemists have formulated a set of empirical guidelines to predict the solubility of ionic compounds in water. Exceptions to these guidelines are rare.

All nitrates and acetates are soluble. Similarly, all ammonium and non-lithium alkali metal compounds are soluble, as are nearly all lithium salts.

Sulfate compounds are soluble, with the exception of its salts with lead, mercury, and silver &ndash remember the acronym LMS or the phrase Let Me See &ndash and calcium, barium, and strontium &ndash remember the acronym CBS or the phrase Come By Soon.

All chloride, bromide, and iodide salts are soluble, with the exception of their salts with LMS &ndash lead, mercury, and silver &ndash as well as copper(I) and thallium.

Moving to insoluble compounds, sulfides and hydroxides are insoluble, with the exception of their salts with alkali metals and barium. In addition, ammonium sulfide is soluble, and strontium hydroxide is soluble when heated.

Similarly, carbonates and phosphates are insoluble, with the exception of their ammonium and non-lithium alkali metal salts.

4.7: Solubility of Ionic Compounds

Solubility is the measure of the maximum amount of solute that can be dissolved in a given quantity of solvent at a given temperature and pressure. Solubility is usually measured in molarity (Μ) or moles per liter (mol/L). A compound is termed soluble if it dissolves in water.

When soluble salts dissolve in water, the ions in the solid separate and disperse uniformly throughout the solution this process represents a physical change known as dissociation. Potassium chloride (KCl) is an example of a soluble salt. When solid KCl is added to water, the positive (hydrogen) end of the polar water molecules is attracted to the negative chloride ions, and the negative (oxygen) ends of water are attracted to the positive potassium ions. The water molecules surround individual K + and Cl &minus ions, reducing the strong forces that bind the ions together and letting them move off into solution as solvated ions.

Another example of a soluble salt is silver nitrate, AgNO3, which dissolves in water as Ag + and NO3 - ions. Nitrate, NO3 - , is a polyatomic ion, and in solution, it stays intact as a single whole unit. Unlike monatomic ions (K + , Cl - , Ag + ), which contain only one atom, polyatomic ions are a group of atoms that carry a charge (NO3 - , SO4 2- , NH4 +). They remain such in solution and do not split into individual atoms.

A compound is termed insoluble if it does not dissolve in water. However, in reality, &ldquoinsoluble&rdquo compounds dissolve to some extent, that is, less than 0.01 M.

In the case of insoluble salts, the strong interionic forces that bind the ions in the solid are stronger than the ion-dipole forces between individual ions and water molecules. As a result, the ions stay intact and do not separate. Thus, most of the compound remains undissolved in water. Silver chloride (AgCl) is an example of an insoluble salt. The water molecules cannot overcome the strong interionic forces that bind the Ag + and Cl - ions together hence, the solid remains undissolved.

Solubility Rules

The solubility of ionic compounds in water depends on the type of ions (cation and anion) that form the compounds. For example, AgNO3 is water-soluble, but AgCl is water-insoluble. The solubility of a salt can be predicted by following a set of empirical rules (listed below), developed based on the observations on many ionic compounds.

i) Compounds containing ammonium ions (NH4 + ) and alkali metal cations are soluble
ii) All nitrates and acetates are always soluble.
iii) Chloride, bromide, and iodide compounds are soluble with the exception of those of silver, lead, and mercury(I)
iv) All sulfate salts are soluble except their salts with silver, lead, mercury(I), barium, strontium, and calcium
v) All carbonates, sulfites, and phosphates are insoluble except their salts with ammonium and alkali metal cations.
vi) Sulfides and hydroxides of all salts are insoluble, with the exception of their salts with alkali metal cations, ammonium ion, and calcium, strontium, and barium ions.
vii) All oxide-containing compounds are insoluble except their compounds with calcium, barium, and alkali metal cations.