Гидрон (химия)

Гидрон
Имена
	Систематическое название ИЮПАК Гидрон (заменять) ; Водород(1+) (добавка)
	Другие имена Протон
Идентификаторы
Номер CAS	12408-02-5 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
ЧЭБИ	ЧЕБИ:15378 ;
ХимическийПаук	1010 ;
ИЮФАР/БПС	2346 ;
КЕГГ	C00080 ;
ПабХим CID	1038 ;
НЕКОТОРЫЙ	5046УКТ60С ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID50924722 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	ЧАС +
Молярная масса	1.007 g·mol −1
Термохимия
Стандартный моляр ; энтропия ( S ⦵ 298 )	108,95 Дж.К. −1 моль −1
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Ссылки на инфобоксы

В химии гидрон , неофициально называемый протоном , ^[2] катионная водорода форма атомарного , обозначенная символом H ⁺
. Общий термин «гидрон», одобренный ИЮПАК , охватывает катионы водорода независимо от изотопа: таким образом, он в совокупности относится к протонам ( ¹ЧАС ⁺) для изотопа протия — дейтроны ( ²ЧАС ⁺ или Д ⁺) для изотопа дейтерия и тритонов ( ³ЧАС ⁺ или Т ⁺) 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. Поскольку напряженность поверхностного электрического поля обратна радиусу, крошечное ядро взаимодействует с близлежащими электронами в тысячи раз сильнее, чем любой частично ионизованный атом.

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
₂2F ⁺
, 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. 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
₃3О ⁺
(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
₉9О ⁺
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
₃3О ⁺
(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

Протон , имеющий символ p или ¹ЧАС ⁺, — +1 ион протия , ¹ЧАС.
Дейтрон , имеющий символ ²ЧАС ⁺ или Д ⁺, — +1 ион дейтерия , ²Х или Д.
Тритон , имеющий символ ³ЧАС ⁺ или Т ⁺, — +1 ион трития , ³Х или Т.

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

История термина

рекомендует ИЮПАК использовать термин «гидрон» вместо «протон», если не проводится различие между изотопами протон, дейтрон и тритон, которые все встречаются в природных изотопов смесях . Название «протон» относится к изотопно чистому ¹ЧАС ⁺. ^[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» ^[2] и есть ^{[ нужна 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 обращение к гидронам как к протонам 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 протонов донорами и акцепторами 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 ).

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «гидрон (CHEBI:15378)» . Химические соединения биологического интереса (ХЭБИ) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
^ Jump up to: ^а ^б 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 . [Т] слово протон используется не только для обозначения ¹ЧАС ⁺ ион, но обычно и неправильно для H ⁺ в естественном изобилии. Во многих контекстах это не создает двусмысленности, и вполне вероятно, что такое использование будет продолжаться.
^ [1] Архивировано 27 сентября 2011 г. в Wayback Machine. Компьютерное моделирование скачка протонов в суперкислотах.
^ Номенклатура неорганической химии - Рекомендации ИЮПАК 2005 г. [2] IR-3.3.2, стр. 48
^ Сборник химической терминологии , 2-е издание Макнот, А.Д. и Уилкинсон, А. Блэквелл Наука, 1997 г. ISBN 0-86542-684-8 , также онлайн. Архивировано 12 декабря 2005 г. на Wayback Machine.
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Гидрон ». дои : 10.1351/goldbook.H02904
^ Баннет, Дж. Ф.; Джонс, РЭЙ (1988). «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 .

[hydron_(CHEBI:15378)-1] Jump up to: ^а ^б «гидрон (CHEBI:15378)» . Химические соединения биологического интереса (ХЭБИ) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики.

[iupac1988proton-2] Jump up to: ^а ^б 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 . [Т] слово протон используется не только для обозначения ¹ЧАС ⁺ ион, 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 Наука, 1997 г. 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 (1988). «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 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]