Un ion hidronio se escribe como H3O +. Se forma cuando algo más dona un protón, o H +, a una molécula de agua. El H + se unirá fácilmente a uno de los dos pares de electrones solitarios alrededor de la molécula de agua.
Además de tener pares solitarios que pueden formar dicho enlace, la molécula de agua es polar y el oxígeno está parcialmente cargado negativamente, lo que también atrae al H + que viene de algún lado.
No estoy seguro de si todos los interlocutores aprecian el hecho de que un ion H + no existe en la solución por sí solo. Hay fuentes que escriben H + para abreviar y yo mismo. Sin embargo, debe explicarse cuidadosamente que H + no existe libremente en estas reacciones, y de hecho se combinará con H2O para formar H3O +. Entonces, si ves H + escrito, será H3O +.
- ¿Puedes usar hidróxido de cesio para hacer jabón?
- ¿Por qué los elementos pesados son una buena fuente de energía nuclear?
- ¿Cuál es el significado de la medición del punto de inflamación y del punto de incendio?
- ¿Cómo haría para resolver esta ecuación química?
- ¿Qué es IUPAC y qué hace?
Esto se debe a que H + es un solo protón. Un átomo de hidrógeno tiene solo un protón y un electrón. Si el electrón se elimina para formar H +, todo lo que queda es un núcleo extremadamente pequeño con carga positiva. Esta concentración de carga positiva en un volumen tan pequeño se unirá instantáneamente a la región más cercana que está algo cargada negativamente. Si está en solución, con frecuencia será uno de los pares solitarios de una molécula de agua polar.
Esta ganancia de un protón por una molécula de agua incluso ocurre en agua pura. Algunas moléculas de agua perderán un H + a las moléculas de agua cercanas. Esto se llama autoionización del agua.
H2O + H2O ←> OH- + H3O +
Esta es una mejor idea de lo que sucede que escribir
H2O ←> OH- + H +
Por lo tanto, hay una pequeña fracción de moléculas de agua en cada muestra de agua en todas partes que está en forma ionizada y contiene iones hidronio. Están ahí todo el tiempo, y no los ‘logras’ a través de ningún proceso.
Este es un proceso de equilibrio, por lo que algunos de los iones de hidronio presentes donarán un protón a algunos de los iones OH, formando dos moléculas de agua. Al mismo tiempo y al mismo ritmo, las moléculas de agua están donando un protón a otras moléculas de agua para formar más OH- y H3O +. Esto mantiene el nivel de iones hidronio e hidróxido en el mismo nivel bastante bajo constantemente.
La concentración de iones hidronio aumentará considerablemente si se agrega algo que dona H + más fácilmente a las moléculas de agua. Todo lo que dona iones H + se llama ácido. Esta es la definición de Bronsted-Lowry de un ácido, un donante de protones.
Por ejemplo, si se agrega cloruro de hidrógeno gaseoso, tenemos el ácido fuerte, ácido clorhídrico.
HCl + H2O → H3O + + Cl-
Esto puede verse escrito como
HCl → H + + Cl-.
Siempre debe recordarse que la segunda ecuación no aparece como está escrita, y solo se usa como una forma más corta de escribir la primera ecuación. H + no existe por sí solo en la solución.
Los ácidos débiles, como el ácido acético, también donarán protones al agua. Sin embargo, en lugar de ionizar completamente como el HCl, solo una pequeña fracción de las moléculas de ácido dona un protón al agua para formar hidronio. Una solución 1M de HCl tiene un pH mucho más bajo que una solución 1M de ácido acético.
Entonces tienes la reacción reversible
CH3COOH + H2O ←> CH3COO- + H3O +
donde hay un equilibrio entre las moléculas de ácido acético, iones acetato e iones hidronio. Principalmente hay moléculas de ácido acético.
El agua también está presente en esta solución, y de hecho, la cantidad de moléculas de agua en esta y en cualquier solución excede en gran medida la cantidad de cualquier soluto.
¿Por qué vemos H + escrito, si no existe, y realmente es H3O +?
La teoría original para explicar los ácidos fue desarrollada por Arrhenius, quien también introdujo el concepto de iones. Primero imaginó la idea de los ácidos como algo que podría disociarse para formar iones de hidrógeno. Fue un gran avance tener algún tipo de explicación, para mostrar por qué todos los ácidos se comportaron y reaccionaron de ciertas maneras. Sin embargo, se dio cuenta de que no existiría un solo protón.
Por lo tanto, por separado, tanto Bronsted como Lowry desarrollaron la idea aún más y mostraron que el protón o H + se combinarían con agua, formando iones hidronio o H3O +. La descripción de un ácido que ahora es generalmente más útil es decir que un ácido es un donante de protones.
