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).