Гидрон ( англ. Hydron ) - общее название для катионной формы атома водорода , представляемый в таблице символом Н ⁺ . Термин "Гидрон", одобренный ИЮПАК , объединяет катионы водорода независимо от их изотопного состава. То есть, он относится к протонам ( ¹ H ⁺ ) для изотопов протия , дейтронам ( ² H ⁺ или D ⁺ ) для изотопов дейтерия , и тритонам ( ³ H ⁺ или T ⁺ ) для изотопов трития

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

Свойства

Свойства растворенных веществ

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 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.

Нерастворённый гидрон (полностью свободное или «голое» атомное ядро ​​водорода) не существует в конденсированной (жидкой или твердой) фазе. Хотя иногда говорят, что суперкислоты обязаны своей необычайной гидронодонорной способностью присутствию «свободных гидронов», такое утверждение вводит в заблуждение: даже для источника «свободных гидронов», такого как H ₂ F ⁺ , одного из суперкислотных катионов, присутствующих в суперкислотной фторантимоновой кислоте (HF:SbF ₅ ), отщепление свободного H ⁺ по-прежнему требует огромных энергетических потерь порядка нескольких сотен ккал/моль. Это исключает возможность присутствия свободного гидрона в растворе, даже в качестве мимолетного промежуточного продукта. По этой причине считается, что в сильных кислотах гидроны диффундируют путем последовательного переноса от одной молекулы к другой по сети водородных связей посредством так называемого механизма Гроттуса.

Кислотность

Ион гидрона может включать пару электронов из основания Льюиса в молекулу путем присоединения:

[H] ⁺ + :L → [HL] ⁺

Из-за захвата основания Льюиса (L) ион гидрона имеет кислотный характер Льюиса. С точки зрения теории жёстких и мягких кислот и оснований , голый гидрон представляет собой бесконечно твердую кислоту Льюиса.

Гидрон играет центральную роль в теории кислоты и основания Бренстеда – Лоури: разновидность, которая ведет себя как донор гидрона в реакции, известна как кислота Бренстеда, тогда как разновидность, принимающая гидрон, известна как основание Бренстеда. В общей кислотно-основной реакции, показанной ниже, HA - это кислота, а B (показанная неподеленной парой) - это основание:

HA +: B → [HB] ⁺ +: А ^-

Гидратированная форма катиона водорода, ион гидроксония H ₃ О ⁺ (aq) , является ключевым объектом определения кислоты Аррениуса. Другие гидратированные формы, катион Цунделя H ₅ О ⁺ ₂ , который образован из протона и двух молекул воды, и собственного катиона H ₉ О ⁺ _{4 ,} который образован из иона гидроксония и трех молекул воды, теоретически играет важную роль в диффузии протонов через водный раствор в соответствии с механизмом Гроттуса.

Изотопы гидрона

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

Остальные изотопы водорода слишком нестабильны, чтобы иметь отношение к химии.

Примечания