Il Nuovo Cimento D

, Volume 11, Issue 7, pp 981–992 | Cite as

Water concentration and dielectric permittivity in molecular crevices

  • A. Chiabrera
  • A. Morro
  • M. Parodi
Article

Summary

The behaviour of electric dipoles (water molecules) under the action of a high and nonuniform electric field is investigated. The model incorporates all the features of Clausius-Mossotti’s Debye’s, Onsager’s and Kirkwood’s approaches, and assumes, as a novel feature, that the dielectrophoretic drift of dipoles is balanced by dipole diffusion. A new relationship among local permittivity, electric field and water density is found that could explain why water molecules are rejected by charged molecular crevices which can engineer the binding of ionized ligands at very high rates as compared to bulk water.

PACS 87.10

General, theoretical and mathematical biophysics (including logic of biophysics, quantum biology and relevant aspects of thermodynamics, information theory, cybernetic and bionics) 

PACS 66.10

Diffusion and ionic conduction in liquids 

Riassunto

Si studia il comportamento di dipoli elettrici (molecole dell’acqua) soggetti all’azione di un campo elettrico elevato e non uniforme. Il modello tiene conto delle teorie di Clausius-Mossotti, Debye, Onsager e Kirkwood, ma introduce come ipotesi quella di equilibrio fra le forze dielettriche e di diffusione per i dipoli. Si ottiene cosí una nuova relazione fra la permittività dielettrica, il campo elettrico e la densità di molecole che prevede la repulsione dei dipoli d’acqua da siti molecolari carichi. Tale fenomeno spiegherebbe perché i siti, come osservato sperimentalmente, possono legare molecole ionizzate con costanti di associazione molto piú grandi di quelle tipiche in una normale soluzione acquosa.

Резюме

Исследуется поведение электригеских диполей (молекул воды) под действием сильных и неоднородных электрических полей. Предложенная модель использует все свойства приближений Клаузиуса-Моссоти, Дебая, Онзагера и Кирквуда, а также предполагыет, что дрейф диполей компенсируется за счет диффузии диполей. Получается новое соотношение между локальной проницаемостью, электрическим полем и плотностью воды, которое может обьяснитя, почему молекулы воды отклоняются заряженными молекулярными трещинами, которые могут образовать связь ионизованных лигандов при очень высоких интенсивностях по сравнению с водой в обБеме.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. (1).
    L. Strey:Biochemistry (S. Francisco, Cal., 1981).Google Scholar
  2. (2).
    R. T. McIver jr:Sci. Am.,243, 148 (1980).CrossRefGoogle Scholar
  3. (3).
    A. Chiabrera, A. Morro andM. Parodi:Ferroelectrics,76 (1987).Google Scholar
  4. (4).
    J. Frenkel:Kinetic Theory of Liquids (New York, N.Y., 1955).Google Scholar
  5. (5).
    A. Morro andM. Parodi:J. Electrostatics,20, 219 (1987).CrossRefGoogle Scholar
  6. (6).
    H. Block andS. M. Walker:Chem. Phys. Lett.,19, 363 (1973).CrossRefADSGoogle Scholar
  7. (7).
    E. Clementi, G. C. Lie, L. Hannon, D. C. Rapaprot andM. Wojcik: inStructure and Dynamics of Nucleic Acids, Proteins and Membranes (New York, N.Y., 1986).Google Scholar
  8. (8).
    D. Chandler, J. D. Weeks andH. C. Andersen:Science,20, 787 (1983).ADSGoogle Scholar
  9. (9).
    G. A. Maugin andA. C. Eringen:J. Méc.,16, 101 (1977).MATHMathSciNetGoogle Scholar
  10. (10).
    I. Muller:Thermodynamics (Boston, Mass., 1985).Google Scholar
  11. (11).
    J. O’M. Bokris andA. K. Reddy:Modern electrochemistry (London, 1977).Google Scholar
  12. (12).
    Y. Marcus:Ion Solvation (Chichester, 1985).Google Scholar
  13. (13).
    J. O’M. Bokris andU. M. S. Khan:Quantum Electrochemistry (New York, N.Y., 1979).Google Scholar

Copyright information

© Società Italiana di Fisica 1989

Authors and Affiliations

  • A. Chiabrera
    • 1
  • A. Morro
    • 1
  • M. Parodi
    • 2
  1. 1.Biophysical and Electronic Engineering DepartmentUniversity of GenovaGenova
  2. 2.Institute of Electrical EngineeringUniversity of CagliariCagliari

Personalised recommendations