یون هیدرونیوم یک یون مثبت است که از پروتونه شدن آب ایجاد می شود و با نماد +H3O نشان داده می شود. هنگامی که دو مولکول آب با یکدیگر واکنش نشان می دهند، یک یون هیدرونیوم و یک یون هیدروکسید تولید می کنند. در آب خالص تعداد یون های هیدرونیوم و یون هیدروکسید برابر خواهد بود؛ بنابراین مقدار pH آب خالص 7 است.
یون هیدرونیوم در اصل کاتیونی است که از آب در حضور یون های هیدروژن تشکیل می شود. این یون ها در حالت آزاد وجود ندارند، زیرا بسیار واکنش پذیر هستند و توسط آب حل می شوند. یک اسید به طور کلی منبع غنی از یون های هیدرونیوم است. با این حال، از آنجایی که آب می تواند هم به عنوان اسید و هم به عنوان باز رفتار کند، هیدرونیوم ها حتی در آب خالص نیز وجود دارند.
یون هیدرونیوم بسیار اسیدی است و در دمای 25 درجه سانتی گراد، pKa آن حدود منفی 1.7 است. همچنین این یون ها اسیدی ترین گونه ای هستند که می توانند در آب وجود داشته باشد. یک اسید قوی، یک مولکول آب را یونیزه و پروتونه می کند تا هیدرونیوم را تشکیل دهد. اسیدهای قوی باید پروتون دهنده بهتری نسبت به هیدرونیوم باشند، در غیر این صورت بخش قابل توجهی از اسید در حالت غیر یونیزه وجود خواهد داشت. برخلاف هیدرونیومی که از جداسازی خودکار آب حاصل می شود، این یون های هیدرونیوم به نسبت قدرت اسید محلولیت، ماندگاری و غلظت بیشتری دارند.
فهرست
آب و یون های هیدرونیوم
یون های آب و هیدرونیوم ارتباط بسیار نزدیکی دارند و تنها تفاوت بین این دو یون، اتم هیدروژن است. یون هیدروژن چیزی بیش از یک پروتون نیست. اتصال یون هیدروژن به مولکول آب در محلولی که یون هیدرونیوم ایجاد می کند، نسبتا آسان است. به طور خلاصه، هر زمان که پروتونی وجود داشته باشد که به مولکول آب متصل شود، هیدرونیوم ایجاد می شود.
رایج ترین استفاده از اصطلاح یون هیدرونیوم در هنگام بحث در مورد اسیدی یا بازی بودن محلول ها است. یون هیدرونیوم یکی از دو یون کلیدی است که برای تعیین pH محلول اندازه گیری می شود. یون دیگری که برای اندازه گیری PH مورد استفاده قرار می گیرد، یون هیدروکسید است. pH یک محلول چیزی نیست جز محاسبه ای که برای اندازه گیری مقدار یون هیدرونیوم در داخل یک محلول انجام می شود.
منابع یون هیدرونیوم
منبع اصلی این یون آب خالص است که مولکول های آب خالص به طور خودکار تجزیه می شود و یون هیدرونیوم و هیدروکسید را به وجود می آورد. نسبت بین هیدروکسید و یون هیدرونیوم ممکن است برای محاسبه pH محلول استفاده شود. این یون در ابرهای بین ستاره ای و در دم ستاره های دنباله دار نیز یافت می شود. یون هیدرونیوم بین ستاره ای احتمالا در نتیجه واکنش های شیمیایی به دنبال یونیزاسیون مولکول H2 به H2+ تشکیل می شود. تحقیقات برای روشن شدن ماهیت بیشتر این واکنش ها ادامه دارد.
رابطه یون هیدرونیوم و pH
در علم شیمی، pH به عنوان نسبت یون هیدرونیوم به یون هیدروکسید (OH–) محاسبه می شود. وقتی غلظت یون هیدروژن (H+) مورد بحث قرار می گیرد، در واقع منظور یون هیدرونیوم است. تفکیک خودکار آب در حالت تعادل به صورت زیر است.
+2H2O ⇌ OH– + H3O
در آب خالص، غلظت یون هیدرونیوم 1*10-7 است. فرمول محاسبه PH در زیر برای شما آورده شده است.
pH=−log(H3O+)
با استفاده از این معادله، pH آب خالص را در حدود 7 اندازه گیری می کنیم. این مقدار در مقیاس pH خنثی در نظر گرفته میشود. PH بسته به تغییر غلظت یون هیدرونیوم می تواند بالا و پایین برود. اگر غلظت یوم هیدرونیوم افزایش یابد، pH کاهش می یابد و باعث اسیدی شدن محلول می شود. کاهش PH زمانی اتفاق می افتد که محیط اسیدی شود. با جدا شدن یون های H+ از اسید و پیوند با آب، یون های هیدرونیوم تشکیل می شود و در نتیجه غلظت هیدرونیوم محلول افزایش می یابد. اگر غلظت یون هیدرونیوم در محلول کاهش یابد، pH افزایش می یابد و در نتیجه محلول خاصیت اسیدی کمتری دارد. همچنین به دلیل بیشتر بودن یون هیدروکسید محلول خاصیت قلیایی خواهد داشت.