Ониевые ионы

Ониевые ионы

Энергия ионизации атома водорода настолько высока, что ни в каких химически реальных условиях ион H+ в свободном виде существовать не может. Тем не менее, известно большое количество реакций, в которых водород теряет электрон и переходит в протон, но обязательно связанный с какой-либо частицей (молекулой или ионом). В растворе же протон подвергается сольватации, образуя ион гидроксония H3O+, с выделением значительного количества энергии, которая компенсирует энергетические затраты на образование протона. При наличии более сильных акцепторов, например NH3, связывание протона происходит с ними. Как и все ионы в водном растворе, образующие ассоциаты (H3O+) всегда дополнительно связаны с другими молекулами воды и называются сольватами или сольватированными ионами.

Связь протона с молекулой воды весьма прочна:

H+ + aq = H+·aq + 1120 кДж/моль, aq – некоторое, достаточно большое количество воды.

Этот процесс компенсирует затрату энергии, необходимую для отрыва электрона от атома водорода. Поэтому в водном растворе водород может реагировать с солями некоторых металлов (Cu, Hg, Ag – стоящие в ряду напряжений металлов после водорода), переходя в ионы H+, т.е. в растворы кислот, и восстанавливая металлы:

2AgNO3 + H2 = 2Ag + 2HNO3

При повышенном давлении равновесие подобных реакций, согласно принципу Ле-Шателье, смещается вправо. Поэтому под достаточно высоким давлением (350 атм.) и температуре 330 °C водород способен вытеснять из растворов солей даже цинк, т.е. стандартная реакция получения водорода идет в обратном направлении.

Сольватированные ионы H+ могут существовать не только в воде, но и в таких растворителях, как спирты, жидкий аммиак, чистая уксусная кислота и множестве других. Стремление протона к ассоциации с другими атомами и молекулами объясняется его малым размером (≈10-14 м) по сравнению с размерами атомов и молекул (≈10-10 м), а также его уникальной способностью поляризовать электронные оболочки взаимодействующих с ним атомов и молекул.

Кислотно-основные процессы в большинстве растворителей протекают в общем (хотя и не в точности) так же, как и в воде.

Различные ассоциаты иона H+ с частицами имеют окончание в названии «ония», например: аммония, фторония, гидроксония…

Энтальпии образования ониевых ионов закономерно снижаются от NH4+ к H2F+. Так, энтальпия образования NH4+ = -862,5 , оксония -692,8 , а H2F+ -550,5 кДж/моль.

Поэтому соли фторония в индивидуальном состоянии не выделены и существуют лишь в жидком фтороводороде. Соли же аммония очень распространены, в то время как производные оксония выделены в свободном состоянии в виде кристаллических моногидратов только сильных кислот, например OH3+NO3 и OH3+ClO4 (HNO3·H2O и HClO4·H2O).