Oxoniový ion

Oxoniový ion zkráceně oxonium (také hydronium, hydroxoniový ion či hydroxoniový kation) je označení pro ion H₃O⁺, který vznikne navázáním ionu H⁺ na molekulu vody pomocí koordinačně-kovalentní vazby.

Model oxonia

Název oxonium, přesněji hydroxonium podle IUPAC, vychází z toho, že nosičem náboje je v podstatě atom kyslíku a je to kation, proto lze název oxonium odvodit ze slov oxygen = kyslík a onium = kation.

Příklad derivátů oxonia

V širším smyslu jsou oxoniové iony názvem pro organické deriváty ionu H₃O⁺ ve formě [R−OH₂]⁺, [R₂OH]⁺, [R₃O]⁺, kde R znamená organické radikály. Pokud jsou oxonium H₃O⁺ nebo jeho organické deriváty přítomny jako kationy soli, nazývají se tyto sloučeniny soli oxonia.

Dva významy

Oxoniový ion je pojem z chemie používaný ve dvou významech.

Jednak se takto označuje ion H₃O⁺, viz hydronium. Pro odlišení je možné tento první význam označovat jako hydroxonium případně hydroxoniový ion nebo již zmíněné hydronium.

Druhý význam tohoto slova se používá pro označení kationu s trojvazným kyslíkem. Ten vzniká tak, že kyslík, který má dvě běžné kovalentní vazby, vytvoří třetí vazbu s určitým kationem mechanizmem koordinačně-kovalentní vazby.

Je vidět, že pojem oxoniový ion používaný v prvním zde uvedeném smyslu je speciálním případem významu druhého.

Oxonium a faktor pH

Iony H₃O⁺ vznikají při autoprotolýze vody, přičemž jeden proton H⁺ přechází z jedné molekuly vody na druhou. V rovnováze při teplotě 25 °C jsou ve vodě iony H₃O⁺ stejně jako iony OH⁻ v molární koncentraci 10⁻⁷ mol/l, to odpovídá hodnotě faktoru pH=7. Oxonium má při standardních podmínkách hodnotu disociační konstanty pKa = −1,74.

Stabilita ionu H₃O silně závisí na faktoru pH, tedy na kyselosti nebo zásaditosti prostředí. V neutrálním prostředí (čistá voda) a zásaditém prostředí je oxonium H₃O⁺ nestabilní a velmi snadno se rozpadá na ion H⁺ a vodu. Uvolněný ion H⁺ pak buď reaguje s molekulou vody (s jinou nebo i s tou původní) za vzniku nového oxonia nebo reaguje s nějakou jinou molekulou či ionem schopným navázat vodíkový ion (například amoniak nebo OH⁻). V kyselém prostředí, s jeho stoupající kyselostí, stabilita oxonia roste.

Životnost oxonia

Životnost ionu H₃O⁺ je velmi krátká, asi 10⁻¹³ sekund. Připojený proton je totiž velmi snadno předán jiné molekule vody. V roztoku tak probíhá nepřetržitý přenos, kdy je jeden proton předáván z jednoho atomu kyslíku na další:

${\displaystyle \mathrm {\ {H_{3}O^{+}}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ \ {H_{2}O}+H_{3}O^{+}} }$

V určitém okamžiku může být proton hydratovaný dvěma molekulami vody:

${\displaystyle \mathrm {H^{+}\cdot 2\ H_{2}O\equiv H_{5}O_{2}^{+}} }$

Nebo dokonce třemi molekulami vody:

${\displaystyle \mathrm {H_{3}O^{+}\cdot 3\ H_{2}O\equiv H_{9}O_{4}^{+}} }$

Výzkumy pomocí infračervené spektroskopie odhalily dokonce hydratovaný ion H₁₃O₆⁺. Vzhledem k tomu, že všechny tyto iontové formace ve vodné roztoku nehrají roli ve stechiometrických výpočtech, používá se pro oxonium zápis H₃O⁺.

Stabilní soli

S některými velmi silnými kyselinami, například kyselinou chloristou, vytváří oxonium soli, které jsou stabilní i v pevném stavu.

H₂O + HClO₄ → [H₃O]ClO₄

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Oxonium ion na anglické Wikipedii a Oxonium na německé Wikipedii.