
【醫】 hydronium
水合氫(英文:hydronium)是水分子與質子結合形成的帶正電荷的離子,化學式為$text{H}_3text{O}^+$,屬于氫氧化物離子的一種特殊存在形式。它在溶液化學中扮演核心角色,尤其在酸堿反應中作為質子的載體。
化學定義與結構
水合氫離子由三個氫原子和一個氧原子通過共價鍵結合,呈三角錐形結構。其形成過程可表示為:
$$
text{H}_2text{O} + text{H}^+ rightarrow text{H}_3text{O}^+
$$
該離子常見于酸性水溶液中,是布倫斯特-勞裡酸理論中酸性質子傳遞的關鍵中間體(來源:IUPAC Gold Book)。
物理化學性質
檢測與應用
現代光譜技術(如紅外光譜、核磁共振)可捕捉其瞬态存在。工業上用于催化反應設計,例如燃料電池中的質子遷移過程(來源:ACS Catalysis)。
水合氫離子是水溶液中的氫離子(H⁺)與水分子結合形成的帶正電的離子,化學式為H₃O⁺。以下是關鍵要點:
形成機制
氫離子(H⁺)是失去電子的質子,因半徑極小且電荷密度高,極易被水分子中的氧原子吸引。氧原子通過孤對電子與H⁺形成配位鍵,生成H₃O⁺。這一過程可通過水的自偶電離方程式表示:
$$2text{H}_2text{O} rightleftharpoons text{H}_3text{O}^+ + text{OH}^-$$
結構與簡寫
H₃O⁺是最簡單的氧鎓離子(Oxonium ion),由1個H⁺與1個H₂O結合而成。實際溶液中可能形成更複雜的水合結構(如H₅O₂⁺或H₉O₄⁺),但教學中通常簡化為H₃O⁺。為方便書寫,酸性溶液中的H⁺常被簡化為“H⁺”,但需注意其本質是水合形态。
實際意義
水合氫離子是水溶液酸性的直接來源,參與酸堿反應時傳遞質子。例如,鹽酸的電離可表示為:
$$text{HCl} + text{H}_2text{O} rightarrow text{H}_3text{O}^+ + text{Cl}^-$$
注意:部分資料可能錯誤表述為H₃O⁻(如),需以H₃O⁺為準。
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