液态水中的质子电动力学

液态水在 $10^{4} - 10^{11}$ Hz 范围内的介电谱，被解释为由 H$_{2}$O 分子自电离形成的电荷扩散所致。这一方法将德拜弛豫和直流电导率解释为该扩散的两种表现。德拜弛豫源于具有快速复合速率 $1/\tau_{2}$ 的电荷扩散，而直流电导率则是具有慢得多的复合速率 $1/\tau_{1}$ 的扩散表现。应用一个基于布朗类扩散的简单模型，我们得到 $\tau_{2} \simeq 10^{-11}$ s 和 $\tau_{1} \simeq 10^{-6}$ s，以及参与这两个过程的电荷载流子浓度 $N_{2} \simeq 5 \times 10^{26}$ m$^{-3}$ 和 $N_{1} \simeq 10^{14}$ m$^{-3}$。进一步，我们将 $N_{2}$ 和 $N_{1}$ 分别与 H$_{3}$O$^{+}$--OH$^{-}$ 对的总浓度和 pH 指数联系起来，并得到单个水分子的寿命 $\tau_{0} \simeq 10^{-9}$ s。最后，我们证明水的高介电常数主要源于分离电荷的闪烁，而非完整分子偶极子的重新取向。