Что такое h3o в химии

Гидроксоний

Гидроксоний
Главное
Систематическое название	Гидроксоний
Другое название	Ион гидроксония
Молекулярная формула	H3O +
Молярная масса	19,02 г/моль
Свойства
Константа диссоциации кислоты pKa	−1,7
За исключением некоторых особых случаев, образуется при в стандартных условиях (25 °C, 100 кПа)

Гидроксо́ний (оксоний, гидроний) Н_зО + — комплексный ион, соединение протона с молекулой воды.

Водородные ионы в водных и спиртовых растворах кислот существуют в виде гидратированных или сольватированных ионов гидроксония. Для измерения концентрации водородных ионов используется водородный электрод.

Полезное

Смотреть что такое «Гидроксоний» в других словарях:

ГИДРОКСОНИЙ — Н3О+, гидратированный ион водорода; существует в водных растворах кислот … Большой Энциклопедический словарь

гидроксоний — сущ., кол во синонимов: 1 • гидроний (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

гидроксоний — Н3О+, гидратированный ион водорода; существует в водных растворах кислот. * * * ГИДРОКСОНИЙ ГИДРОКСОНИЙ, Н3О+, гидратированный ион водорода; существует в водных растворах кислот … Энциклопедический словарь

гидроксоний — oksonis statusas T sritis chemija apibrėžtis Hidratuotas protonas. formulė H₃O⁺ atitikmenys: angl. hydronium; hydroxonium; oxonium rus. гидроксоний; оксоний … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Гидроксоний — гидратированный ион водорода H3O+: см. Гидроний и Оксониевые соединения … Большая советская энциклопедия

ГИДРОКСОНИЙ — Н3О+, гидратированный ион водорода; существует в вод. р рах кислот … Естествознание. Энциклопедический словарь

гидроксоний — ион оксония … Cловарь химических синонимов I

гидроксоний-катион — гидроксоний катион, гидроксония катиона … Орфографический словарь-справочник

Гидроксоний-ион — … Википедия

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Определение pH

В чистой воде одинаковое количество гидроксида и ионов H +, поэтому это нейтральный раствор. При 25 ° C (77 ° F) вода имеет pH 7 и pOH 7 (это меняется при изменении температуры: см. Самоионизация воды ). Значение pH менее 7 указывает на кислый раствор, а значение pH более 7 указывает на щелочной раствор.

Номенклатура

Ионов оксоний является любой ион с катионом трехвалентного кислорода. Например, протонированная гидроксильная группа представляет собой ион оксония, но не ион гидроксония.

Состав

Кислоты и кислотность

Гидратированный протон очень кислый: при 25 ° C его p K _a составляет приблизительно 0. С другой стороны, Сильверштейн показал, что экспериментальные результаты Баллингера и Лонга подтверждают pKa 0,0 для водного протона.

Изначально предполагалось, что pH будет мерой концентрации водородных ионов в водном растворе. Практически все такие свободные протоны быстро гидратируются; поэтому кислотность водного раствора более точно определяется его концентрацией H + (водн.). В органических синтезах, таких как реакции, катализируемые кислотой, ион гидроксония ( H
3 О +
) используется взаимозаменяемо с H +
ион; выбор одного из них не оказывает существенного влияния на механизм реакции.

Решение

Исследователям еще предстоит полностью охарактеризовать сольватацию иона гидроксония в воде, отчасти потому, что существует много различных значений сольватации. Исследование депрессии точки замерзания показало, что средний ион гидратации в холодной воде составляет примерно H
3 О +
(ЧАС
2 O)
6 : в среднем каждый ион гидроксония сольватирован 6 молекулами воды, которые не могут сольватировать другие молекулы растворенного вещества.

Расчет энтальпий и свободных энергий различных водородных связей вокруг катиона гидроксония в жидкой протонированной воде при комнатной температуре в 2007 году и исследование механизма прыжков протона с использованием молекулярной динамики показали, что водородные связи вокруг иона гидроксония (образованные с помощью молекулярной динамики) три водных лиганда в первой сольватной оболочке гидроксония) довольно сильны по сравнению с лигандами объемной воды.

Стоянов предложил новую модель, основанную на инфракрасной спектроскопии, в которой протон существует как H
13 О +
6 ион. Таким образом, положительный заряд делокализован на 6 молекул воды.

Твердые соли гидроксония

Межзвездный H
3 О +

Межзвездная химия

Также стоит отметить, что относительные скорости реакций образования в таблице выше одинаковы для данной реакции при обеих температурах. Это связано с тем, что константы скорости этих реакций имеют константы β и γ равные 0, в результате чего k = α, который не зависит от температуры.

Поскольку все три реакции производят либо H
2 O или OH, эти результаты подтверждают тесную связь между их относительными содержаниями и H
3 О +
. Скорости этих шести реакций таковы, что они составляют приблизительно 99% химических взаимодействий иона гидроксония в этих условиях.

Астрономические открытия

За этими первыми обнаружениями последовали наблюдения ряда дополнительных H
3 О +
переходы. Первые наблюдения каждого последующего обнаружения перехода приведены ниже в хронологическом порядке:

Источник

Сверхионизированная вода

Здравствуйте Олег. Интересна информация о сверхионизированной воде – принцип действия на загрязнители, на клетку, в конце концов возможность ее получения или ее аналоги. А то кроме сообщения Друнвало Мельхиседека ничего найти не могу. Если можете подскажите где найти или с кем связаться. Заранее благодарен, Ваш читатель, Денис.

Спасибо за интерес к нашему сайту! Как вы совершенно правильно заметили, про сверхионизированную воду действительно очень мало сообщений, поскольку это шарлатанство и псевдонаука, ничего общего не имеющее с наукой вообще.

Действительно, молекула воды, благодаря наличию короткоживущих водородных связей между атомами кислорода и водорода обладает способностью к ионизации.

Эти связи не химической природы. Они легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды, её структурные элементы. Атом кислорода в воде имеет более высокую электроотрицательность электронов, чем водород и потому притягивает связующие электроны. Центр тяжести связывания между обоими находится в результате ближе у атома кислорода. Благодаря этому притягиванию кислород получает легкий отрицательный заряд, водород же, напротив, положительный, в результате чего возникает диполь, хотя атом извне остается электрически нейтральным.

Так происходит образование водородной связи, так как соседний атом водорода связывается с атомом кислорода, вследствие чего образуются кластеры, состоящие из множества молекул воды. В результате у воды возникают расходящиеся с теорией свойства.

Рис. Образование водородной связи

Именно благодаря этим водородным связям вода – это совокупность беспорядочных постоянно рвущихся и образующихся водяных ассоциатов, где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.

Рис. Формирование отдельного кластера воды (компъютерное моделирование)

Водяные ассоциаты могут иметь самую разную форму, как пространственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). В основе же всего лежит тетраэдр (простейшая пирамида в четыре угла). Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул H₂O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположение) является всего одна – гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.

Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ.

Рис. 1. Кристаллическая структура льда (рисунок ниже)

Рис. Возможные кластеры воды

Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры:

Рис. Более сложные ассоциаты кластеров воды

Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекулу оказались более стабильными.

Рис. Формирование кластера из 20 молекулы воды.

Так что ничего удивительного, экстраординарного и необычного, что вода обладает способностью к ионизации нет.

Схематически этот процесс ионизации можно написать так:

Однако, этот процесс во-первых, обратимый и наряду с ионизацией проходит диссоцияция воды. И во-вторых, согласно научным расчётам, только две молекулы из миллиона молекул воды находится в диссоциированном состоянии. Так что, никакое существующее ныне фантастическое электрическое устройство не способно увеличить концентрацию этих диссоциированных молекул в воде, так чтобы она вся состояла исключительно из ионизированной воды. Это по меньшей мере некорректно.

Ещё в далёком 1990 году чл.-корр. АН СССР Г.А. Домрачев (Ин-т металлоорганической химии РАН) и физик Д.А. Селивановский (Ин-т прикладной физики РАН) сформулировали гипотезу о существовании механохимических реакций радикальной диссоциации воды [Домрачев, 1995]. Они исходили из того, что жидкая вода представляет собой динамически нестабильную полимерную систему и что по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах при механических воздействиях на воду поглощенная водой энергия, необходимая для разрыва Н-ОН, локализуется в микромасштабной области структуры жидкой воды. Реакцию разрыва Н-ОН связи можно записать так: (Н₂О)_n(Н₂О. H-|-OH) (Н₂О)_m + E(Н₂О)_n+1(H ) + ( OH) (Н₂О)_m, где “ E” обозначает не спаренный электрон.

Поскольку диссоциация молекул воды и реакции с участием радикалов H и OH происходит в ассоциированном состоянии жидкой воды, радикалы могут иметь громадные (десятки секунд и более) продолжительности жизни до гибели в результате реакций рекомбинации [Blough et al., 1990].

Таким образом, существуют достаточно убедительные свидетельства в пользу того, что в жидкой воде присутствуют весьма устойчивые полимерные структуры. И в этом нет ничего удивительного. Никому и в голову не приходило называть воду сверхионизированной.

В 1993 году американский химик Кен Джордан предложил свои варианты устойчивых “квантов воды”, которые состоят из 6 её молекул [Tsai & Jordan, 1993]. Эти кластеры могут объединяться друг с другом и со “свободными” молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных связей. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией.

Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории всё того же Стенфордского университета, интерпретируя полученные экспериментальные данные как наличие структурных цепочек и колец, считает их довольно долгоживущими элементами структуры.

Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. Но классический полимер – это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими. Однако в 1999 г. было экспериментально показано, что водородная связь между молекулами воды во льду имеет частично (на 10%) ковалентный характер [Isaacs E. D., et al.,1999]. Даже частично ковалентный характер водородной связи “разрешает”, по меньшей мере, 10% молекул воды объединяться в достаточно долгоживущие полимеры (неважно, какой конкретной структуры). А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия.

Вот собственно, в кратце вся наука. Ну а что по ту сторону науки, это к сожалению, не в моей научной компетенции.

Относительно псевдонаучных теорий, касающихся ионизованной воды подробно изложено на этих сайтах:

Источник

Химические связи

Различают несколько типов химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная.

Ковалентная связь возникает между двумя атомами по обменному механизму (обобществление пары электронов) или донорно-акцепторному механизму (электронов донора и свободной орбитали акцептора).

Ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых веществ (Cl₂, Br₂, O₂), органических веществ (C₂H₂), а также, в общем случае, между атомами неметалла и другого неметалла (NH₃, H₂O, HBr).

Существует донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, при котором один атом выступает в качестве донора неподеленной электронной пары. Другой атом не тратит свои электроны, а только лишь предоставляет орбиталь (ячейку) для этой электронной пары.

Ионная связь

В наиболее частом случае ионная связь образуется между типичным металлом и типичным неметаллом. Примеры:

Большой подсказкой служит таблица растворимости, ведь все соли имеют ионные связи: CaSO₄, Na₃PO₄. Даже ион аммония не исключение, между катионом аммония и различными анионами образуются ионные связи, например в соединениях: NH₄I, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄.

Часто в химии встречаются несколько связей внутри одной молекулы. Рассмотрим, например, фосфат аммония, обозначив тип каждой связи внутри этой молекулы.

Металлическая связь

«Облако» электронов в металлах способно приходить в движение под различным воздействием. Именно оно является причиной электропроводности металлов.

Водородная связь

Водородные связи возникают между атомом водорода и другим более электроотрицательным атомом (O, S, N, C).

Отчасти за счет водородных связей наблюдается то самое исключение, связанное с усилением кислотных свойств в ряду галогеноводородных кислот: HF → HCl → HBr → HI. Фтор является самым ЭО-ым элементов, сильно притягивает к себе атом водорода другой молекулы, что снижает способность кислоты отщеплять водород и снижает ее силу.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Водород: химия водорода и его соединений

Водород

Положение в периодической системе химических элементов

Водород расположен в главной подгруппе I группы и в первом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение водорода

Электронная конфигурация водорода в основном состоянии :

+1H 1s 1 1s

Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии.

Физические свойства

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью:

Соединения водорода

Типичные соединения водорода:

Способы получения

Еще один важный промышленный способ получения водорода — паровая конверсия метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:

Также возможна паровая конверсия угля:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

Химические свойства

1. Водород проявляет свойства окислителя и свойства восстановителя. Поэтому водород реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. С активными металлами водород реагирует с образованием гидридов :

2Na + H₂ → 2NaH

1.2. В специальных условиях водород реагирует с серой с образованием бинарного соединения сероводорода:

1.4. С азотом водород реагирует при нагревании под давлением в присутствии катализатора с образованием аммиака:

2. Водород взаимодействует со сложными веществами:

ZnO + H₂ → Zn + H₂O

Также водород восстанавливает медь из оксида меди:

СuO + H₂ → Cu + H₂O

2.2. С органическими веществами водород вступает в реакции присоединения (реакции гидрирования).

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

Водородные соединения металлов

Соединения металлов с водородом — солеобразные гидриды МеН_х. Это твердые вещества белого цвета с ионным строением. Устойчивые гидриды образуют активные металлы (щелочные, щелочноземельные и др.).

Способы получения

Гидриды металлов можно получить непосредственным взаимодействием активных металлов и водорода.

2Na + H₂ → 2NaH

Гидрид кальция можно получить из кальция и водорода:

Химические свойства

NaH + H₂O → NaOH + H₂

2. При взаимодействии с кислотами гидриды металлов образуют соль и водород.

NaH + HCl → NaCl + H₂

3. Солеобразные гидриды проявляют сильные восстановительные свойства и взаимодействуют с окислителями (кислород, галогены и др.)

2NaH + O₂ = 2NaOH

Гидрид натрия также окисляется хлором :

NaH + Cl₂ = NaCl + HCl

Летучие водородные соединения

Соединения водорода с неметаллами — летучие водородные соединения.

Строение и физические свойства

Все летучие водородные соединения — газы (кроме воды).

Способы получения силана

Силан образуется при взаимодействии соляной кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непрореагировавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства силана

1. Силан — неустойчивое водородное соединение (самовоспламеняется на воздухе). При сгорании силана на воздухе образуется оксид кремния (IV) и вода:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

2. Силан разлагается водой с выделением водорода:

3. Силан разлагается (окисляется) щелочами :

4. Силан при нагревании разлагается :

Химические свойства фосфина

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

2PH₃ + 2PCl₃ → 4P + 6HCl

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O
H₂S + NaOH → NaНS + H₂O

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H₂S + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Химические свойства прочих водородных соединений

Кислоты образуют в водном растворе: водородные соединения VIA (кроме воды) и VIIA подгрупп.

Прочитать про химические свойства галогеноводородов вы можете здесь.

Физические свойства

Молекулы воды связаны водородными связями: nH₂O = (Н₂O)_n, поэтому вода жидкая в отличие от ее газообразных аналогов H₂S, H₂Se и Н₂Те.

Химические свойства

1.1. С активными металлами вода реагирует при комнатной температуре с образованием щелочей и водорода :

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Ag + Н₂O ≠

3. Вода взаимодействует с кислотными оксидами (кроме SiO₂):

4. Некоторые соли реагируют с с водой. Как правило, в таблице растворимости такие соли отмечены прочерком :

6. Бинарные соединения неметаллов также гидролизуются водой.

6. Некоторые органические вещества гидролизуются водой или вступают в реакции присоединения с водой (алкены, алкины, алкадиены, сложные эфиры и др.).

Источник