stringtranslate.com

Гидрон (химия)

В химии гидрон , неофициально называемый протоном , [2] представляет собой катионную форму атомарного водорода , обозначаемую символом H.+
. Общий термин «гидрон», одобренный ИЮПАК , охватывает 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 дейтерия. изотоп и тритоны ( 3 H + или T + ) для изотопа трития .

В отличие от большинства других ионов, гидрон состоит только из атомного ядра . Отрицательно заряженным аналогом гидрона является гидрид- анион H.
.

Характеристики

Свойства растворенного вещества

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 диэлектрической 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» ядро ​​атома водорода) не существует в конденсированной (жидкой или твердой) фазе. Хотя иногда говорят, что суперкислоты обязаны своей необычайной способностью донора гидронов присутствию «свободных гидронов», такое утверждение вводит в заблуждение: даже для такого источника «свободных гидронов», как H
2
Ф+
, один из сверхкислотных катионов, присутствующих в сверхкислотной фторсурьмяной кислоте (HF:SbF 5 ), отщепление свободного H+
по-прежнему приводит к огромным энергетическим потерям, порядка нескольких сотен ккал/моль. Это эффективно исключает возможность присутствия свободного гидрона в растворе, даже в качестве мимолетного промежуточного продукта. По этой причине считается, что в жидких сильных кислотах гидроны диффундируют путем последовательного переноса от одной молекулы к другой по сети водородных связей посредством так называемого механизма Гроттуса . [3]

Кислотность

Ион гидрона может включить в молекулу электронную пару основания Льюиса путем аддукции:

[ЧАС]+
+ :L → [HL]+

Из-за захвата основания Льюиса (L) ион гидрона имеет кислотный характер Льюиса. С точки зрения теории жесткого/мягкого кислотного основания (HSAB) , голый гидрон представляет собой бесконечно жесткую кислоту Льюиса.

Гидрон играет центральную роль в кислотно-основной теории 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 является кислотой, а B (показан неподеленной парой) — основанием:

НА + :B → [HB]+
+ :А

Гидратированная форма катиона водорода, ион гидроксония (гидроксония) H
3
О+
(aq) является ключевым объектом определения кислоты Аррениусом . Другие гидратированные формы, катион Цунделя H
5
О+
2
, который образуется из протона и двух молекул воды, и собственного катиона H
9
О+
4
, который образуется 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
3
О+
(aq) часто указывается во вводных учебниках, чтобы подчеркнуть, что гидрон никогда не присутствует в водном растворе в несольватированном виде. Это несколько вводит в заблуждение, поскольку слишком упрощает печально известную сложную структуру сольватированного протона в воде; обозначение H+
(водный) часто предпочтительнее, поскольку он обеспечивает водную сольватацию, оставаясь при этом неопределенным в отношении количества участвующих молекул воды.

Изотопы гидрона

  1. Протон , имеющий символ p или 1 H + , представляет собой +1 ион протия , 1 H.
  2. Дейтрон , имеющий символ 2 H + или D + , представляет собой ион +1 дейтерия , 2 H или D.
  3. Тритон , имеющий символ 3 H + или T + , представляет собой +1 ион трития , 3 H или T.

Другие изотопы водорода слишком нестабильны, чтобы их можно было использовать в химии.

История термина

ИЮПАК рекомендует использовать термин «гидрон» вместо «протон», если не проводится различие между изотопами протон, дейтрон и тритон, которые все встречаются в природных недифференцированных смесях изотопов . Название «протон» относится к изотопно чистому 1 H + . [4] С другой стороны, называть гидрон просто ионом водорода не рекомендуется, поскольку анионы водорода также существуют. [5]

Термин «гидрон» был определен ИЮПАК в 1988 году. [6] [7] Традиционно термин «протон» был [2] и [ необходима ссылка ] используется вместо слова «гидрон». Последний термин обычно используется только в том контексте, где важно сравнение между различными изотопами водорода (например, при кинетическом изотопном эффекте или мечении изотопов водорода ). В противном случае называть гидроны протонами по-прежнему считается приемлемым, например, в таких терминах, как протонирование , депротонирование , протонный насос или протонный канал . Трансфер Х.+
в кислотно-основной реакции обычно называют переносом протона . Кислоты и основания называются донорами и акцепторами протонов соответственно.

99,9844% природных гидронов (ядер водорода) — это протоны, а остальная часть (около 156 на миллион в морской воде) — дейтроны (см. Дейтерий ), за исключением некоторых очень редких природных тритонов (см. Тритий ).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab "гидрон (CHEBI:15378)". Химические соединения биологического интереса (ХЭБИ) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
  2. ^ Аб Баннет, Дж. Ф.; Джонс, РЭЙ (1968). «Названия атомов, ионов и групп водорода, а также реакций с их участием (Рекомендации 1988 г.)» (PDF) . Чистое приложение. хим. 60 (7): 1115–6. дои : 10.1351/pac198860071115. [T] Слово протон используется не только для иона 1 H + , но обычно и неправильно для H + в естественном изобилии. Во многих контекстах это не создает двусмысленности, и вполне вероятно, что такое использование будет продолжаться.
  3. ^ [1] Архивировано 27 сентября 2011 г. в Wayback Machine. Компьютерное моделирование скачка протонов в суперкислотах.
  4. ^ Номенклатура неорганической химии - Рекомендации ИЮПАК 2005 г. [2] IR-3.3.2, стр. 48
  5. ^ Сборник химической терминологии , 2-е издание Макнот, А.Д. и Уилкинсон, А. Блэквелл Science, 1997 ISBN 0-86542-684-8 , также онлайн. Архивировано 12 декабря 2005 г. на Wayback Machine. 
  6. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) «Гидрон». дои : 10.1351/goldbook.H02904
  7. ^ Баннет, Дж. Ф.; Джонс, РЭЙ (1968). «Названия атомов, ионов и групп водорода, а также реакций с их участием (Рекомендации 1988 г.)» (PDF) . Чистое приложение. хим. 60 (7): 1115–6. дои : 10.1351/pac198860071115.