Σχηματισμός ιόντος υδρονίου

Τα άτομα είναι η βασική μονάδα ενός μορίου και τα μόρια συνδυάζονται για να σχηματίσουν ύλη. Κάθε φορά που τα οξέα αντιδρούν με το νερό, απελευθερώνουν ιόντα υδρογόνου (Η+). Για παράδειγμα, όταν το υδροχλωρικό οξύ αντιδρά με το νερό, απελευθερώνει ιόντα υδρογόνου και ιόντα χλωρίου.

HCl(g) → H+ (aq) + Cl- (aq)

Τα μόρια υδρογόνου περιέχουν ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και μηδέν πρωτόνια.

Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα και ως εκ τούτου σχηματίζουν το σύννεφο ηλεκτρονίων, ενώ τα πρωτόνια εγκαθίστανται βαθιά μέσα. Κάθε φορά που το υδρογόνο μετασχηματίζεται σε ιόν υδρονίου, χάνει ένα ηλεκτρόνιο και αυτός είναι ο λόγος που μερικές φορές αναφέρεται και ως πρωτόνιο.

Σχηματισμός ιόντων υδρονίου

Ενώ ασχολείται με χημικές αντιδράσεις, το ιόν υδρονίου είναι το κύριο μόριο που εμπλέκεται σε ένα αμιγώς υδατικό διάλυμα.

Γνωρίζοντας την τιμή του, μπορούμε εύκολα να μετρήσουμε την τιμή του pH για μια δεδομένη ένωση ή μόριο. Δίνεται από τον χημικό τύπο H₃ O+ και σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης συνδυασμού μεταξύ νερού και ιόντων υδροξυλίου.

Ιδιότητες των ιόντων υδρονίου

Ο σχηματισμός ιόντων υδρονίου εξαρτάται από τις παρακάτω δεδομένες ιδιότητες.

• Διαθέτει γεωμετρία τριγωνικής πυραμίδας και
• Έχει σύνθεση από ένα άτομο οξυγόνου και τρία άτομα υδρογόνου
• Το μοναχικό ζεύγος υδρογόνου είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό του σχήματός του.
• Έχουν γωνία σύνδεσης 113 μοιρών.

Παράδειγμα σχηματισμού ιόντων υδρονίου

• Ένα παράδειγμα σχηματισμού ιόντος υδρονίου δίνεται από την αντίδραση ιόντος υδρογόνου με ιόν υδροξυλίου:

H₂ O(l) ⇌OH-(aq) + H+ (aq)

• Το παραπάνω δεδομένο είναι μια αναστρέψιμη αντίδραση που μπορεί να συμβεί και προς τις δύο κατευθύνσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μόλις μετά τον σχηματισμό του νερού, μπορεί να διασπαστεί γρήγορα ξανά σε ιόντα υδροξυλίου και υδρογόνου.

Η σημασία του ιόντος υδρονίου ως μέτρησης του pH

Το pH είναι το δυναμικό των ιόντων υδρογόνου. Συμπεραίνει τον αριθμό των ιόντων Η σε ένα μόριο/ένωση και εξαρτάται αποκλειστικά από τον αριθμό των ιόντων υδρονίου. Για καθαρό νερό, το pH είναι 7, το οποίο μπορεί επίσης να συμβολιστεί ως 1 × 10-7 moles σε τυπικές συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου.

Αυτό μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση:

pH=− log (H₃ O+)

Δεδομένου ότι το pH του νερού είναι 7 άρα θεωρείται ουδέτερο. Αλλά μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με μια αύξηση ή μείωση με τη συγκέντρωση ιόντων υδρονίου.

Είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι εάν η συγκέντρωση των ιόντων υδρονίου αυξάνεται, τότε το pH αυτών των δειγμάτων μειώνεται και εάν η συγκέντρωση των ιόντων υδρονίου μειωθεί, τότε το pH αυξάνεται.

Μια μείωση στην τιμή του pH σημαίνει ότι το δεδομένο διάλυμα είναι πλέον όξινο και η περίπτωση μπορεί να επιτευχθεί μόνο αφού προσθέσουμε οξύ σε αυτό. Για παράδειγμα, τα ιόντα Η+ ξεσπούν από το οξύ και συνδέονται με το μόριο του νερού και ως εκ τούτου η συγκέντρωση των ιόντων υδρονίου αυξάνεται που θα αυξήσει και πάλι το pH.

Και για την περίπτωση αυξημένου pH, σημαίνει ότι το διάλυμα γίνεται βασικό και αυτό μπορεί να συμβεί μόνο αν προσθέσουμε βάση σε αυτό. Όλες οι βάσεις έχουν ιόντα υδροξυλίου (ΟΗ-). Αυτά διαχωρίζονται από τις βάσεις και συνδέονται με ιόντα Η+ αντί για μόρια νερού όπως στην προαναφερθείσα περίπτωση.

Όπως ακριβώς μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή του pH από μια δεδομένη ποσότητα ιόντων υδρονίου, μπορούμε επίσης να υπολογίσουμε τη συγκέντρωση ιόντων υδρονίου από μια δεδομένη τιμή pH.

Αυτό μπορεί να γίνει με την ακόλουθη εξίσωση:

H₃ O+ =10-pH

H₃ O+ =Antilog (-pH)

Για να καταλάβετε, βάλτε την τιμή του 7 ως pH, παίρνουμε 0,0000001 M και αυτή είναι η τιμή των ιόντων υδρονίου σε pH 7.

Το μόριο του νερού

Το νερό είναι ένα πολικό μόριο που περιέχει μερικά φορτία. Μπορεί εύκολα να προσελκύσει ιόντα υδρογόνου. Το μερικό φορτίο είναι αποτέλεσμα αρνητικού φορτίου για αυτήν την περίπτωση, και αυτό συμβαίνει επειδή το μόριο οξυγόνου υποτίθεται ότι είναι πολύ ηλεκτραρνητικό από το μόριο του υδρογόνου. Επομένως, ο δεσμός μεταξύ τους τραβάει το οξυγόνο πιο δυνατά όταν μοιράζονται τα ηλεκτρόνια.

Αυτό οδηγεί στην ανάπτυξη μορίων μερικού αρνητικού φορτίου και έτσι έλκεται από το θετικό φορτίο ιόντων υδρογόνου για να σχηματίσει το ιόν υδρονίου. Επίσης, το νερό έχει μεγάλη διπολική στιγμή. Και πάλι, η γεωμετρία του νερού είναι τετραεδρική και λυγισμένη, κάτι που είναι πολύ ασύμμετρο και αναγκάζει το μόριο να εμφανίσει πολικότητα και διπολική ροπή, με αποτέλεσμα μερικό φορτίο στο μόριο.

Όχι μόνο με την θήκη του νερού, αλλά τα εικονίδια υδρονίου μπορούν επίσης να σχηματιστούν με οξέα. Σε αυτή την περίπτωση, τα οξέα διασπούν τα ιόντα υδρογόνου, τα οποία συνδέονται περαιτέρω με το μόριο του νερού και σχηματίζουν το ιόν υδρονίου. Ένα παράδειγμα είναι ένα υδροχλωρικό οξύ με νερό που παράγει ιόν υδρονίου και ιόν χλωρίου.

Συμπέρασμα

Το ιόν υδρονίου σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ενός συνδυασμού νερού και ιόντων υδρογόνου, δηλαδή Η2Ο και Η+. Και ο τύπος του δεσμού που σχηματίζεται μεταξύ τους είναι ο ομοιοπολικός δεσμός. Όλη αυτή η αντίδραση συμβαίνει καθώς το οξυγόνο και το υδρογόνο στο νερό (H2O) περιέχουν 6 και 2 ηλεκτρόνια αντίστοιχα. Τα ζεύγη δύο ηλεκτρονίων μοιράζονται με 2 ιόντα υδρογόνου και τα δύο ηλεκτρόνια που δεν είναι κοινά και αυτό ολοκληρώνει τη διαμόρφωση του κελύφους σθένους του νερού για να το κάνει σταθερό.