Электрическая подвижность иона

Скорость движения иона при единичном градиенте электрического потенциала (1 В/м) называют электрической подвижностью иона, которая зависит от заряда и вязкости среды. Для подавляющего большинства ионов в водных растворах при бесконечном разведении электрические подвижности, а следовательно, и эквивалентные электропроводности мало отличаются друг от друга, поскольку размеры гидратированных ионов близки. Наибольшую электрическую подвижность имеют ион водорода и гидроксид-ион.

Высокая электрическая подвижность этих ионов объясняется особым механизмом переноса заряда (его называют эстафетным механизмом или гротгусовским). В водных растворах ион водорода Н⁺ в свободном виде не существует, так как энергия ионизации атома водорода очень велика. Обычно ион водорода записывают в виде иона гидроксония Н₃О⁺.

Сущность эстафетного механизма состоит в следующем. Во внешнем электрическом поле гидратированные ионв водорода не только перемещаются (мигрируют) к соответствующему электроду вместе со своей гидратной оболочкой, но и перескакивают от одной молекулы воды к другой, так что электричество переносится ионами водорода как за счет миграции, так и за счет их перескока.

Рассмотрим перенос электричества ионами водорода. В жидкой воде все молекулы водя связаны между собой водородными связями, образуя единую подвижную структуру. При перемещении положительно заряженного иона гидроксония к катоду во внешнем электрическом поле ион водорода Н⁺ передается – перескакивает от иона гидроксония к соседней молекуле воды, образуя новый ион гидроксония в направлении движения к катоду. Из этого вновь образовавшегося иона гидроксония протон снова передается (перескакивает) к следующей молекуле воды в направлении движения к катоду – и так далее, что можно условно представить следующей схемой для фрагмента воды в кислом растворе:

   . (17)

Повышенную подвижность ионов ОН^- в водных растворах также предположительно объясняют передачей – перескоком протонов от молекул воды к ионам ОН^- в направлении, противоположном направлению перемещения гидроксильных ионов в соответствии с условной схемой:

        . (18)

Связи О-Н в ионах гидроксония менее прочные, чес связи О-Н в молекулах воды, их разрыв осуществляется легче, поэтому подвижность водородных ионов выше подвижности гидроксильных ионов.