Hydroniumion | |
Struktur av hydroniumion. |
|
Identifikasjon | |
---|---|
IUPAC-navn | oksonium |
N o CAS | |
PubChem | 123332 |
ChEBI | 29412 |
SMIL |
[OH3 +] , |
InChI |
InChI: InChI = 1S / H2O / h1H2 / p + 1 InChIKey: XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O |
Kjemiske egenskaper | |
Brute formel | H 3 O + (aq) |
Molarmasse | 19,0232 ± 0,0005 g / mol H 15,9%, O 84,1%, |
pKa | -1,74 ved 25 ° C |
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt. | |
Den hydronium-ion er den enkleste av de oksoniumioner ; dets kjemiske formel er H 3 O +eller H + (aq). I vandig oppløsning , er det solvatisert av et antall molekyler av vann og kan skrives H 7 O 3 +, H 9 O 4 +etc. Det skyldes protoneringen av et vannmolekyl enten ved en syre eller ved autoprotolyse av vann. Den eksisterer også i fast tilstand og i gasstilstand. Det er også et ion som finnes i det interstellare mediet , der det skyldes interaksjonen mellom vannmolekyler og kosmisk stråling .
Den IUPAC nomenklatur for organisk kjemi anbefaler betegner H 3 O + ionetav oksonium . Begrepet hydroksonium kan også brukes for å unngå tvil . Et utkast til IUPAC-anbefaling vil også anbefale bruk av begrepet oxidanium i sammenheng med uorganisk kjemi , men dette navnet er for tiden uvanlig i praksis.
Siden O + ionet og N- atomet har samme antall elektroner , H 3 O + ioneter isoelectronic med molekylet av ammoniakk NH 3, derav dens trigonale pyramidegeometri med, øverst, oksygenatomet. HOH- vinkelen er i størrelsesorden 113 °.
Den solvatering av hydronium-ion i vann er ennå ikke fullt karakterisert. Den dominerende geometrien utledet fra kryoskopi av vann ville være H 3 O + (H 2 O) 6 : hvert ion er i gjennomsnitt solvert av seks vannmolekyler, som ikke lenger kan løse et annet ion.
Andre oppløsningsstrukturer involverer flere vannmolekyler, spesielt H 3 O + (H 2 O) 20der hydroniumionet er i sentrum av en vanndodekaeder . Simuleringer utført ved ab initio metode for kvantekjemien ville imidlertid indikere at det hydratiserte proton ville bli plassert i gjennomsnitt heller på overflaten av H 3 O + (H 2 O) aggregat 20.
Et californisk team foreslo i 2010 en ny modell basert på sine infrarøde spektroskopianalyser, ifølge hvilke protoner er solvert i form av aggregater [H 13 O 6 ] +der den positive elektriske ladningen vil bli fordelt uten å skille over de seks vannmolekylene.
Den H 3 O + monomervæskefase ble identifisert i 1979 ved kjernemagnetisk resonans i oksygen 17 i en løsning supersyre svakt ikke-vandig nukleofil HF-SbF 5 SO 2( hydrogenfluorid , antimonpentafluorid , svoveldioksid ).
Oksoniumion er permanent til stede i vann på grunn av autoprotolysereaksjonen :
Det overordnede reaksjonsskjemaet kan skrives:
2 H 2 O H 3 O + (aq) + HO - (aq)HO - (aq)å være hydroksydionen , også solvatisert.
Den likevektskonstanten av den autoprotolysis vann ved 25 ° C er:
K ekv = [H 3 O +] × [HO - ] / [H 2 O] 2 = 10-14 .En likevektskonstant gjelder ikke for konsentrasjoner, men for aktiviteter. Vannaktivitet H 2 O løsningsmiddel er det for en praktisk talt ren væske og er lik 1 ifølge konvensjonen.
Ioniseringskonstanten for vann ved 25 ° C skrives:
K e = K eq × [H 2 O] 2 = [H 3 O +] × [HO - ] = 10-14 ,som betyr at :
[H 3 O +] = [HO - ] = 10-7 ,derav pH- verdien til rent vann ved 25 ° C :
pH = - log 10 ([H 3 O +]) = 7.Oksoniumionet er ansvarlig for egenskapene til syrer i henhold til definisjonen av Joannes Brønsted . Den er tilstede i en hvilken som helst vandig løsning i likevekt med hydroksydionet HO - . Det er målingen av konsentrasjonen som gjør det mulig å bestemme pH i løsningen.