Ione idronio | |
Struttura dello ione idronio. |
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Identificazione | |
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Nome IUPAC | ossonio |
N o CAS | |
PubChem | 123332 |
ChEBI | 29412 |
SORRISI |
[OH3 +] , |
InChI |
InChI: InChI = 1S / H2O / h1H2 / p + 1 InChIKey: XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O |
Proprietà chimiche | |
Formula bruta | H 3 O + (aq) |
Massa molare | 19,0232 ± 0,0005 g / mol H 15,9%, O 84,1%, |
pKa | −1,74 a 25 ° C |
Unità di SI e STP se non diversamente specificato. | |
Lo ione idronio è il più semplice degli ioni ossonio ; la sua formula chimica è H 3 O +o H + (aq). In soluzione acquosa , è solvatato da un certo numero di molecole di acqua e può essere scritto H 7 O 3 +, H 9 O 4 +eccetera. Risulta dalla protonazione di una molecola d'acqua da parte di un acido o dall'autoprotolisi dell'acqua . Esiste anche allo stato solido e allo stato gassoso. È anche uno ione che si trova nel mezzo interstellare , dove risulta dall'interazione delle molecole d'acqua con la radiazione cosmica .
La nomenclatura IUPAC per la chimica organica consiglia di denominare lo ione H 3 O +di oxonium . Il termine idrossonio può essere utilizzato anche per evitare dubbi . Una bozza di raccomandazione IUPAC raccomanderebbe anche l'uso del termine ossidanio nel contesto specifico della chimica inorganica , ma questo nome è oggigiorno insolito nella pratica.
Poiché lo ione O + e l'atomo N hanno lo stesso numero di elettroni , lo ione H 3 O +è isoelettronico con la molecola di ammoniaca NH 3, da qui la sua geometria piramidale trigonale con, in alto, l'atomo di ossigeno. L'angolo HOH è dell'ordine di 113 °.
La solvatazione dello ione idronio in acqua non è ancora completamente caratterizzata. La geometria predominante dedotta dalla crioscopia dell'acqua sarebbe H 3 O + (H 2 O) 6 : ogni ione è mediamente solvatato da sei molecole d'acqua, che non possono più solvatare un altro ione.
Altre strutture di solvatazione coinvolgono più molecole d'acqua, in particolare H 3 O + (H 2 O) 20in cui lo ione idronio è al centro di un dodecaedro acquatico. Le simulazioni effettuate con il metodo ab initio della chimica quantistica indicherebbero tuttavia che il protone idratato sarebbe localizzato in media piuttosto sulla superficie dell'aggregato H 3 O + (H 2 O) 20.
Un team californiano ha proposto nel 2010 un nuovo modello basato sulle sue analisi di spettroscopia infrarossa secondo cui i protoni sono solvatati sotto forma di aggregati [H 13 O 6 ] +in cui la carica elettrica positiva sarebbe distribuita indiscriminatamente tra le sei molecole d'acqua.
Il monomero H 3 O +la fase liquida è stata identificata nel 1979 dalla risonanza magnetica nucleare in ossigeno 17 in una soluzione nucleofila superacida debolmente non acquosa HF-SbF 5 SO 2( acido fluoridrico , pentafluoruro di antimonio , anidride solforosa ).
Lo ione ossonio è permanentemente presente nell'acqua, a causa della reazione di autoprotolisi :
Lo schema di reazione generale può essere scritto:
2 H 2 O H 3 O + (aq) + HO - (aq)HO - (aq)essendo lo ione idrossido , anche solvatato.
La costante di equilibrio della Autoprotolisi d'acqua a 25 ° C è:
K eq = [H 3 O +] × [HO - ] / [H 2 O] 2 = 10 -14 .Una costante di equilibrio non si applica alle concentrazioni, ma alle attività. Attività dell'acqua H 2 O il solvente è quello di un liquido praticamente puro ed è uguale a 1 per convenzione.
La costante di ionizzazione dell'acqua a 25 ° C è scritta:
K e = K eq × [H 2 O] 2 = [H 3 O +] × [HO - ] = 10-14 ,che significa che :
[H 3 O +] = [HO - ] = 10 -7 ,da qui il valore del pH dell'acqua pura a 25 ° C :
pH = - log 10 ([H 3 O +]) = 7.Lo ione ossonio è responsabile della proprietà degli acidi secondo la definizione di Joannes Brønsted . È presente in qualsiasi soluzione acquosa in equilibrio con lo ione idrossido HO - . È la misura della sua concentrazione che permette di determinare il pH della soluzione.