DYNAMICS OF PROTONS IN WATER AND AQUEOUS ZnCl₂ SOLUTIONS

Résumé
Nous avons étudié les mécanismes de diffusion des protons dans l'eau pure et les solutions aqueuses de ZnCl₂, par diffusion quasi-élastique incohérente de neutrons et avons montré qu'il était indispensable de tenir compte du mouvement de rotation des molécules d'eau ; le temps de relaxation caractéristique associé passe de 0.8 ps pour l'eau pure à 20 ps pour la solution saturée ce que l'on interprète en termes de rotations gênées dans les solutions concentrées. La partie translationnelle des spectres a été convenablement représentée sur tout le domaine en Q exploré, à l'aide d'un modèle de diffusion par sauts aléatoires. La longueur de saut obtenue reste pratiquement la même quand on passe de l'eau à la solution saturée et voisine de la distance entre protons dans la molécule d'eau.

Abstract
We studied the diffusive motions of the protons in pure water and ZnCl₂ aqueous solutions, using incoherent quasi-elastic neutron scattering. We showed that it is essential to take into account the rotational motion of the water molecules ; the associated characteristic relaxation time varies from 0.8 ps for H₂O to 20 ps for the saturated solution which is interpreted in terms of hindered rotations for the concentrated solutions. The translational linewidth is conveniently fitted over the whole Q-range, using the Random Jump Diffusion model for which the jump length turns out to be roughly the same for pure H₂O and the saturated solution, fairly close to the distance between protons in the water molecule.