یون هیدرونیم

اسید ها و بازها دو دسته ی مهم و پرکاربرد از ترکیب های شیمیایی هستند. ترکیب هایی که ویژگی های بی مانند آنها از یک سو و تأثیر متقابل آنها از سوی دیگر زندگی روزانه را برای ما ممکن و لذت بخش ساخته است. در این فصل سعی بر آن داریم که اطلاعات شما را در این زمینه کامل تر کنیم. برای شروع مبحث اسیدها و بازها بهتر است ابتدا با یون هیدرونیم آشنا شوید.

تشکیل یون هیدرونیوم:

اتم هیدروژن معمولی   دارای یک پروتون، یک الکترون و فاقد نوترون است. در نتیجه یون هیدروژن (H⁺  ) تنها دارای یک پروتون بوده و به همین دلیل به آن پروتون نیز می گویند.

•      نام دیگر H⁺  پروتون است و پروتیم نام دیگر هیدروژن خنثی می باشد.

به واسطه ی کوچک بودن شعاع یون هیدروژن (H⁺ ) ، چگالی بار الکتریکی روی آن بسیار زیاد بوده و این یون از واکنش پذیری بالایی برخوردار است. به همین دلیل در محیط آبی نمی تواند آزاد باشد و بلافاصله جفت الکترون ناپیوندی اکسیژن آب را به صورت داتیو جذب نموده و به شدت آبپوشیده می شود و تبدیل به یون هیدرونیم (H₃O⁺ )  می گردد.

توجه داشته باشید روی شدید بودن آبپوشی پروتون تأکید می شود. زیرا فرایند آبپوشی اغلب یون ها (مانند Na⁺  یا CL^-   ) با ایجاد نیروی جاذبه ی یون – دوقطبی همراه است که نوعی نیروی ضعیف وان در والسی است امّا آبپوشی پروتون با ایجاد پیوند داتیو که نوعی پیوند کووالانسی است همراه بوده و چون یک پیوند بسیار محکم است تشکیل آن بسیار گرماده می باشد.

سوال: آیا تشکیل یون  H₄O₂⁺  از طریق برقراری پیوند بین جفت الکترون ناپیوندی اتم اکسیژن در H₃O⁺  و یک H⁺  دیگر امکان پذیر است؟

جواب: خیر. یون های H₃O⁺   و  H⁺  هر دو دارای بار مثبت بوده و یکدیگر را دفع می کنند. اگر چه مشاهده شده گاهی یون های دارای بار یکسان نیز می توانند با یکدیگر تشکیل پیوند دهند، مانند BeF₃^-  که می تواند با یک یون F^-   پیوند داتیو برقرار کرده و یون BeF₄^2-  را تشکیل دهد. امّا در اینجا علاوه بر دافعه الکتروستاتیک بین  H₃O⁺  و H⁺  ، اگر عنصر اکسیژن که الکترونگاتیوی بالایی دارد H⁺   را جذب کند دارای بار مثبت شده و شدیداً کمبود الکترون را احساس خواهد کرد. بنابراین اتم اکسیژن در H₃O⁺   هرگز جفت الکترون ناپیوندی خود را در اختیار H⁺   قرار نمی دهد و یون H₄O₂⁺   تشکیل نخواهد شد.

آبپوشی یون هیدرونیم:

هر یون هیدرونیم می تواند به کمک سه هیدروژن خود حداکثر توسط سه مولکول H₂O ، آبپوشی شده و جاذبه ی یون – دو قطبی برقرار کند. به طور کلی اگر یون هیدرونیم توسط یک مولکول آب پوشیده شود یون H₅O₂⁺   حاصل می شود امّا اگر توسط دو مولکول آب پوشیده شود یون H₇O₃⁺  و اگر توسط مولکول آب پوشیده شود یون O₄⁺   و H به وجود می آید.

شکل هندسی یون هیدرونیم:

در یون هیدرونیم، در لایه ی ظرفیت اتم اکسیژن، 3 جفت الکترون پیوندی و یک جفت الکترون ناپیوندی وجود دارد.

در واقع اتم مرکزی در یون هیدرونیم دارای چهار قلمرو الکترونی بوده که یکی از آن ها جفت الکترون ناپیوندی است. در نتیجه شکل هندسی H₃O⁺   هرمی است.

تفکیک یونی اسیدها در آب:

هنگامی که گفته می شود یک اسید مانند HCL در آب تفکیک یونی می شود، بدین منظور است که این اسید پروتون خود را تحویل آب می دهد و یون  H₃O⁺  تشکیل می شود. به طور قراردادی یون H₃O⁺  را به صورت H_(aq)⁺   نیز می توان نشان داد، اگر چه می دانیم  H_(aq)⁺   واقعاً وجود ندارد.