Ione idronio

Qual è lo ione idronio?

Lui Ione idronio È una specie di carico positivo che deriva dalla protonazione di una molecola d'acqua e la cui formula chimica è h₃O⁺. È costituito dai più semplici degli ossoniani: ioni in cui l'ossigeno ha un carico formale positivo e ha tre legami covalenti.

Il h₃O⁺ È uno dei cationi più semplici ma curiosi che esistono. In acqua in condizioni normali ha una concentrazione di 1 · 10^-7 M, prodotto dell'equilibrio di autorizzazione. Tuttavia, la sua concentrazione aumenta esponenzialmente quando è forte₃O⁺ Si dissolvono nell'acqua, acidificandolo.

Molecola ionica di idronio

La concentrazione o l'attività di H₃O⁺ Nell'acqua serve a misurare l'acidità delle soluzioni acquose: pH. Più ioni H₃O⁺ Hay, meno positivo sarà pH e più acido sarà la soluzione in questione. Questa acidità, d'altra parte, risiede nello ione idrogeno, h⁺, che è spesso confuso con ioni h₃O⁺.

Formula ione o idronio

Il h⁺ e la sua straordinaria capacità di trasferire tra i ponti idrogeno delle molecole d'acqua consente l'H₃O⁺ associare formazioni cationiche più complesse; come il catione di Eigen, h₉O₄⁺, e il catione di Zundel, H₅O₂⁺, e molti altri.

Struttura ionica di idronio

Struttura H3O+ con un modello di sfere e barre

Nella prima immagine è possibile vedere la formula strutturale dello ione idro. Ora vediamo la sua rappresentazione con un modello di sfere e barre. In entrambi i punti salienti la geometria della piramide trigonale, i cui angoli di collegamento (O-H) sono 113º; Un po 'deviato da 119º per il tetraedro.

Sebbene l'ossigeno abbia un carico parziale positivo, ciò non significa che la regione negativa sia attorno agli atomi di idrogeno. Anzi. Ossigeno in h₃O⁺ È ancora più prodotto elettronegativo della sua carenza elettronica; Quindi tutta la densità negativa visualizzata su una mappa potenziale elettrostatica:

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Per non parlare del fatto che l'ossigeno ha un paio di elettroni liberi, che rafforzano ancora più densità negativa.

Una conseguenza di tutto quanto sopra è che H idrogeni₃O⁺ Perdono la densità elettronica, perché l'ossigeno lo attrae verso se stesso. Pertanto, h₃O⁺ Puoi stabilire fonti di idrogeno molto forti con una molecola d'acqua vicina: H₂O⁺-H-oh₂.

Questa interazione è la chiave dietro la straordinaria mobilità ionica di H⁺ E perché h₃O⁺ È in grado di associarsi a molte molecole d'acqua contemporaneamente.

Acidità

Hydronio Ion è un acido molto forte. In effetti, è l'acido più forte che può esistere in soluzione acquosa. Perché? Perché qualsiasi altro acido più forte di lui protonerà una molecola d'acqua per avere origine h₃O⁺:

Ha + h₂O → a^- + H₃O⁺

Il h₃O⁺ È in grado di rimanere stabile ogni volta che non ci sono altre basi nell'ambiente più forti dell'acqua. Qualsiasi acido ha rispettato questo sarà classificato come un forte acido. Nel frattempo, se l'acido è più debole di h₃O⁺, Quindi parte di HA non sarà completamente dissociata e parleremo di un acido debole:

Ha + h₂O ⇌ a^- + H₃O⁺

Pertanto, dal momento che H₃O⁺ È l'acido più forte che esiste nell'acqua, l'acidità di questo dipenderà dalla concentrazione di H₃O⁺. Questa è la base per definire, in termini semplici, l'acidità di una soluzione acquosa espressa come pH:

ph = -log [h₃O⁺"

H⁺ vs. H₃O⁺

Gli ioni idrogeno e l'idronio non sono gli stessi. Il h⁺ È molto più acido di h₃O⁺, Bene, consiste in un protone niente di più, che cercherà una molecola per guadagnare elettroni con ogni mezzo. Quando h⁺ Ottieni una molecola d'acqua forma H₃O⁺:

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H⁺  +  H₂O → h₃O⁺

Ecco perché h₃O⁺ può essere rappresentato come h⁺(AC), indicando che si tratta di H⁺ In mezzo acquoso.

La forza di un acido viene misurata nella sua capacità di donare, secondo la definizione di lowry di Brönsted, ioni H⁺. Quanto è più forte, più donerà⁺, No h₃O⁺. Gli acidi più forti mai sintetizzati (supercidi) sono quelli in cui h⁺ È "nudo"; cioè, senza alcun impedimento per saltare verso la molecola che protona.

La pratica di rappresentare H₃O⁺ cenere⁺(AC) È così comune che ci siano molte volte di entrambi come se fossero uguali, senza che ciò che influisce negativamente sull'interpretazione della chimica delle soluzioni.

Solvatazione

Il h₃O⁺ Può formare ponti idrogeno molto forti con una molecola d'acqua vicina. In tal modo, abbiamo il catione di Zundel, h₅O₂⁺:

Zundel Cation

Ma il carico positivo non rimane solo su un singolo lato del catione: questo può essere trasferito all'altra molecola d'acqua come ioni H⁺:

H₂OH-⁺OH₂ → H₂O⁺-H- oh₂

Pertanto, il carico positivo è distribuito tra i due atomi di ossigeno per le due molecole d'acqua.

Nel caso del catione di autorizzazione, h₉O₄⁺, un h₃O⁺ Formare ponti idrogeno con tre molecole d'acqua, distribuendo tra loro il carico positivo grazie a un "salto" H⁺. Questi salti sono così veloci, che spiegano la grande mobilità ionica di H⁺ In acqua, usando H₃O⁺ come veicolo e molecole d'acqua come un'autostrada.

Il h₅O₂⁺ e h₉O₄⁺ Non sono le uniche associazioni cationiche che h₃O⁺ può avere origine in acqua. Alcuni calcoli della dinamica molecolare dimostrano l'esistenza di un cluster H₃O⁺(H₂O)_venti: 20 h molecole₂O interagire con una H cation₃O⁺ e distribuire tra loro il carico positivo.

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Pertanto, h₃O⁺ e h⁺ Costruiscono una relazione curiosa con molecole d'acqua, oltre l'acidità.

Esci

Proprio come esistono stanze di oxy organiche, non fa eccezione con l'ossia derivata dalla protonazione dell'acqua. La sua formula generale è [h₃O⁺] [X^-], Dove x^- È un anione che deriva dalla dissoluzione di un acido molto forte.

Questi sali a volte ricevono il nome di "acidi monoidrati", poiché la formula [H₃O⁺] [X^-] o h₃O⁺· X^- Può anche essere scritto come hx · h₂O. Pertanto, possono esserci acidi diidratati, HX · 2h₂Oppure, triidrati, hx · 3h₂O, ecc.

Ad esempio, HCl può cristallizzare come HCl · H₂OH₃O⁺· Cl^-. Abbiamo anche altri sali di idronio come H₃O⁺· CLO₄^- o hclo₄· H₂Oppure, e HBR · 4H₂OH₃O⁺· Br^-· 3h₂O.

Riferimenti

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