Гидрон

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 (1H+) для изотопов протия, дейтронам (2H+ или D+) для изотопов дейтерия, и тритонам (3H+ 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(CH3COOH) или метансульфоновая кислота (CH3SO3H). Однако большие неполярные части молекулы могут ослабить эти свойства. Таким образом, из-за наличия алкильной цепи октановая кислота (C7H15COOH) 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 H2F+, одного из суперкислотных катионов, присутствующих в суперкислотной фторантимоновой кислоте (HF:SbF5), 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 H3О+ (aq) , является ключевым объектом определения кислоты Аррениуса. Другие гидратированные формы, катион Цунделя H5О+2 , который образован из протона и двух молекул воды, и собственного катиона H9О+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

Протон, обозначаемый символом p или 1H+, представляет собой +1 ион протия, 1H.

Дейтрон, обозначаемый символом 2H+ or D+, представляет собой +1 ион дейтерия, 2H или D.

Тритон, обозначаемый символом 3H+ or T+, представляет собой +1 ион трития , 3H или T.

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