В химии , А Hydron это общее название для катионной формы атома водорода , представленной с символом Н+
. Термин «гидрон», одобренный IUPAC, включает катионы водорода независимо от их изотопного состава: таким образом, он в совокупности относится к протонам ( 1 H + ) для изотопа протия, дейтронам ( 2 H + или D + ) для изотопа дейтерия. , и тритоны ( 3 H + или T + ) для изотопа трития .
Имена | |
---|---|
Систематическое название ИЮПАК | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ЧЭБИ | |
ChemSpider | |
КЕГГ | |
PubChem CID | |
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
ЧАС+ | |
Термохимия | |
Стандартная мольная энтропия ( S | 108,95 Дж -1 моль -1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
Ссылки на инфобоксы | |
В отличие от большинства других ионов, гидрон состоит только из голого атомного ядра . Отрицательно заряженным аналогом гидрона является гидрид- анион H-
.
Характеристики
Свойства растворенных веществ
При прочих равных условиях соединения, которые легко отдают гидроны (кислоты Бренстеда, см. Ниже), обычно являются полярными, гидрофильными растворенными веществами и часто растворимы в растворителях с высокой относительной статической проницаемостью (диэлектрической проницаемостью). Примеры включают органические кислоты, такие как уксусная кислота (CH 3 COOH) или метансульфоновая кислота (CH 3 SO 3 H). Однако большие неполярные части молекулы могут ослабить эти свойства. Таким образом, из-за наличия алкильной цепи октановая кислота (C 7 H 15 COOH) значительно менее гидрофильна по сравнению с уксусной кислотой.
Несольватированный гидрон (полностью свободное или «голое» атомное ядро водорода) не существует в конденсированной (жидкой или твердой) фазе. Хотя иногда говорят, что суперкислоты обязаны своей необычайной гидронодонорной способностью присутствию «свободных гидронов», такое утверждение вводит в заблуждение: даже для источника «свободных гидронов», такого как H
2F+
, один из суперкислотных катионов, присутствующих в суперкислоте фторантимоновой кислоты (HF: SbF 5 ), отщепление свободного H+
по-прежнему требует огромных энергетических потерь порядка нескольких сотен ккал / моль. Это эффективно исключает возможность присутствия свободного гидрона в растворе, даже в качестве мимолетного промежуточного продукта. По этой причине в жидких сильных кислотах считается, что гидроны диффундируют путем последовательного переноса от одной молекулы к другой по сети водородных связей посредством так называемого механизма Гроттуса . [2]
Кислотность
Ион гидрона может включать пару электронов из основания Льюиса в молекулу путем присоединения:
- [ЧАС]+
+: L → [HL]+
Из-за захвата основания Льюиса (L) ион гидрона имеет кислотный характер Льюиса. С точки зрения теории твердой / мягкой кислотной основы (HSAB) , голый гидрон представляет собой бесконечно твердую кислоту Льюиса.
Гидрон играет центральную роль в теории кислоты и основания Бренстеда – Лоури : разновидность, которая ведет себя как донор гидрона в реакции, известна как кислота Бренстеда, а разновидность, принимающая гидрон, известна как основание Бренстеда. В общей кислотно-основной реакции, показанной ниже, HA - это кислота, а B (показанная неподеленной парой) - это основание:
- HA +: B → [HB]+
+: А -
Гидратированная форма катиона водорода, ион гидроксония (гидроксония) H
3О+
(aq) , является ключевым объектом определения кислоты Аррениусом . Другие гидратированные формы, катион Цунделя H
5О+
2, который образован из протона и двух молекул воды, и собственного катиона H
9О+
4, который образован из иона гидроксония и трех молекул воды, теоретически играет важную роль в диффузии протонов через водный раствор в соответствии с механизмом Гроттуса. Хотя ион H
3О+
(aq) часто указывается во вводных учебниках, чтобы подчеркнуть, что гидрон никогда не присутствует в водном растворе в виде несольватированных частиц, это несколько вводит в заблуждение, поскольку упрощает печально известную сложную формулировку сольватированного протона в воде; обозначение H+
(водный) часто является предпочтительным, поскольку он вызывает водную сольватацию, оставаясь при этом не обязательным по отношению к количеству вовлеченных молекул воды.
Изотопы гидрона
- Протон , обозначенный символом p или 1 H + , представляет собой +1 ион протия , 1 H.
- Дейтрон , обозначенный символом 2 H + или D + , представляет собой +1 ион дейтерия , 2 H или D.
- Тритон , обозначенный символом 3 H + или T + , представляет собой +1 ион трития , 3 H или T.
Другие изотопы водорода слишком нестабильны, чтобы иметь отношение к химии.
История термина
Термин «гидрон» рекомендуется ИЮПАК для использования вместо «протона», если не делается различий между изотопами протон, дейтрон и тритон, все они присутствуют в природных смесях недифференцированных изотопов . Название «протон» относится к изотопно чистому 1 H + . [3] С другой стороны, называть гидрон просто ионом водорода не рекомендуется, потому что анионы водорода также существуют. [4]
Термин «гидрон» был определен ИЮПАК в 1988 году. [5] [6] Традиционно термин «протон» использовался и используется вместо «гидрона». [ необходима цитата ] Последний термин обычно используется только в контексте, где важны сравнения между различными изотопами водорода (например, кинетический изотопный эффект или изотопное мечение водорода ). В противном случае наименование гидронов протонами по-прежнему считается приемлемым, например, в таких терминах, как протонирование , депротонирование , протонный насос или протонный канал . Передача H+
в кислотно-щелочной реакции обычно называют переносом протона . Кислота и основания называются донорами и акцепторами протонов соответственно.
99,9844% природных гидронов (ядер водорода) - протоны, а оставшаяся часть (около 156 на миллион в морской воде) - дейтроны (см. Дейтерий ), за исключением некоторых очень редких природных тритонов (см. Тритий ).
Смотрите также
- Депротонирование
- Катион дигидрогена
- Кластер ионов водорода
- Сольватированный электрон
- Суперкислотный
- Трехводородный катион
Рекомендации
- ^ a b "гидрон (CHEBI: 15378)" . Химические объекты, представляющие биологический интерес (ChEBI) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
- ^ [1] Архивировано 27 сентября 2011 г. на Wayback Machine. Компьютерное моделирование прыжков на протонах в суперкислотах.
- ^ Номенклатура неорганической химии - Рекомендации ИЮПАК 2005 [2] IR-3.3.2, стр.48
- ^ Сборник химической терминологии , 2-е издание McNaught, AD и Wilkinson, A. Blackwell Science, 1997 ISBN 0-86542-684-8 , также онлайн. Архивировано 12 декабря 2005 г. на Wayback Machine.
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) " Hydron ". DOI : 10,1351 / goldbook.H02904
- ^ Bunnet, JF; Джонс, РЭЙ (1968). «Названия атомов, ионов и групп водорода, а также реакций с их участием (Рекомендации 1988 г.)» (PDF) . Pure Appl. Chem. 60 (7): 1115–6. DOI : 10,1351 / pac198860071115 .