הידרוניום

הידרוניום (באנגלית: Hydronium) הוא השם המקובל לקטיון ⁺H₃O, הנוצר מפרוטונציה של מים. זהו הסוג הפשוט ביותר של יון אוקסוניום.

שם

לפי מונחון IUPAC יש לכנות את יון ההידרוניום בשם "אוקסוניום", או, כדי לזהותו באופן חד-משמעי, "הידרוקסוניום". יון אוקסוניום הוא כל יון הכולל קטיון חמצן תלת-ערכי. לדוגמה, קבוצת הידרוקסיד שעברה פרוטונציה (נוסף לה פרוטון) היא יון אוקסוניום, אך אינה הידרוניום.

חומצות וחומציות

הידרוניום הוא היון שנוצר ממים בנוכחות יוני מימן. יוני מימן אלה אינם מתקיימים במצב חופשי; הם ריאקטיביים מאוד, ומסולבטים (מוקפים מולקולות ממס) על ידי המים. מקורם בדרך כלל בחומצה, אולם, מכיוון שמים יכולים להגיב כחומצה, יוני הידרוניום מתקיימים אפילו במים טהורים, וזאת עקב תגובה בין מולקולות המים עצמן:

$H_{2}O_{(l)}+H_{2}O_{(l)}\Leftrightarrow H_{3}O_{(aq)}^{+}+OH_{(aq)}^{-}$

יוני ההידרוניום הללו מעטים, וזמן חייהם קצר. במים טהורים, ריכוזם שווה לזה של יוני ההידרוקסיד - כ-‎1×10^-7 M‎. על כן לפי סולם ה-pH, למים טהורים pH 7.

ההידרוניום חומצי מאוד. ב-25°C, ערך ה-pK_a שלו הוא 1.7-. הוא גם הצורון החומצי ביותר המסוגל להתקיים במים (חומר חומצי יותר יגרום ליינון ופרוטונציה של מולקולת מים ליצירת הידרוניום). ככל שריכוז חומצה במים גדול יותר, כך גדל ריכוז יוני ההידרוניום, ולפי ריכוזם ניתן לקבוע את חומציות התמיסה, ואת חוזק החומצה.

המסה

המסה (Solvation) של יון או מולקולה בנוזל היא תהליך שבו מספר מולקולות של הממס משנות את סידורן כך שיקיפו את מולקולות המומס. המולקולות הראשונות שמקיפות את המומס נקראות השכבה הראשונה, המולקולות שמקיפות אותן נקראות השכבה השנייה, וכן הלאה. ישנם מומסים אשר גורמים לכך שמספר שכבות של ממס מסתדרות סביבן ואילו מומסים אחרים יכולים להשפיע רק על שכבה אחת. תיאור יון ההידרונום עצמו עדיין בדיון בקהילה המדעית; ניתן לתאר שתי צורות עיקריות שלו, ביניהן מתקיים שיווי משקל, הנוטה לכיוון הצורון הראשון:

• זונדל: H₃O⁺ Zundel
• אייגן: H₅O₂⁺ Eigen

למרות חשיבותו הרבה בראקציות כימיות וביולוגיות והעובדה שמים הם אולי הממס נפוץ ביותר בכדור הארץ, תיאור שכבות הסולבציה של יון ההידרוניום לוקה בחסר.

בשנת 2007, פירסמו צמד החוקרים עומר מרקוביץ ונועם אגמון עבודה בנוגע לשכבות הסולבציה של יון ההידרוניום. בעזרת שימוש בסימולציות מחשב הראו החוקרים כי חוזק קשרי המימן בין ההידרוניום לשכבת הסולבציה הראשונה שלו הוא כ-4.4 קק"ל (קילו-קלוריות למול), לעומת כ-1.9 קק"ל של קשר מימן במולקולת מים בטמפרטורת החדר (זהו ערך נמוך מהערך הנסיוני של כ-2.6 קק"ל; ההבדל של 0.7 קק"ל נובע מההבדלים בין הסימולציה למציאות, כמקובל בסימולציות מחשב). אחד הדברים העיקריים הנובעים מכך שקשר מימני בשכבה הראשונה של יון ההדירוניום חזק יותר מפי 2 מהרגיל הוא שכעת כבר לא ניתן לדבר רק על יון ההידרוניום, אלא יש לדבר על הקומפלקס הגדול יותר של H₉O₄⁺.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא הידרוניום בוויקישיתוף

• אוקסוניום במונחון IUPAC