Hydroxonium

Het hydroxonium-ion, ook bekend als oxonium- of hydronium-ion, is een ion met de formule H₃O⁺. Het is een positief geladen ion (kation) dat gevormd wordt wanneer water (H₂O) een waterstofion (H⁺) opneemt. Het hydroxonium-ion heeft een pK_a-waarde (zuurconstante) van 0. Het is het sterkste zuur dat opgelost in water stabiel is. Een nog sterker zuur, zoals zoutzuur (HCl), zal een proton afgeven aan water, dat zo in een hydroxonium-ion omgezet worden. De pH van een waterige oplossing wordt uitsluitend bepaald door de H₃O⁺-concentratie (of correcter: de activiteit van de hydroxonium-ionen) in de oplossing.

Hydroxonium
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van hydroxonium
Molecuulmodel van hydroxonium
Algemeen
Molecuul­formule	H3O+
IUPAC-naam	oxonium
Andere namen	hydronium
Molmassa	19,02322 g/mol
SMILES	[OH3+]
InChI	1S/H2O/h1H2/p+1
CAS-nummer	13968-08-6
PubChem	123332
Wikidata	Q849881
Evenwichtsconstante(n)	pKa = 0
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Ionisatie van water

Water ondervindt ook in pure toestand een kleine mate van ionisatie. Dit gebeurt wanneer een watermolecuul een proton afstaat aan een ander watermolecuul. Dit wordt de eigendissociatie of autoprotolyse van water genoemd, en kan worden gezien als een evenwichtsreactie:

${\displaystyle {\ce {H2O + H2O <=> H3O^+ + OH^-}}}$

Het hydroxonium-ion is daarmee volgens de theorie van Johannes Nicolaus Brønsted het geconjugeerde zuur van water:

${\displaystyle {\ce {HZ + H2O <=> H3O^+ + Z^-}}}$

De mate van ionisatie is echter heel klein: de K-waarde voor de eigendissociatie van water is 10^-14. Dit getal wordt wel de waterconstante (K_w) genoemd.

Deeltjesmodel voor zure oplossingen

Waterstofionen of protons (H⁺) komen in water altijd gehydrateerd (verbonden met watermoleculen) voor. Dit wordt in chemische reacties vaak, maar beslist niet altijd, genoteerd als H₃O⁺. Beide notaties worden naast, en soms door elkaar gebruikt. Vooral in de organische synthese wordt van de notatie H⁺ gebruikgemaakt. Hydroxonium verwijst naar een gehydrateerd waterstofion. Wanneer de nadruk gelegd moet worden op de zuur-base-eigenschappen, is H₃O⁺ een praktische beschrijving.

De werkelijkheid is echter complexer. Een proton is in water niet aan slechts één watermolecule gebonden. Formules als H₅O₂⁺, H₇O₃⁺ en H₉O₄⁺ vormen een reeks waarin de werkelijke toestand van protonen in water steeds beter beschreven wordt.^[1] Zure waterige oplossingen bestaan uit een verzameling van clusters van geprotoneerde watermoleculen.

Voor veel reacties waarin een waterstofion noodzakelijk is om de reactie uit te voeren, zonder dat de nadruk gelegd wordt op de zuur-base-aspecten van de reactie, wordt de reactievergelijking vaak een stuk eenvoudiger als de hydratatie-mantel, net als bij gewone ionen, weggelaten wordt. Vergelijk

${\displaystyle {\ce {MnO4^- + 8H3O^+ + 5e -> Mn^2+ + 12H2O}}}$

met

${\displaystyle {\ce {MnO4^- + 8H^+ + 5e -> Mn^2+ + 4H2O}}}$

Bronnen, noten en/of referenties

1. Norman N. Greenwood, A. Earnshaw.. (1985). GEEN TITEL OPGEGEVEN Chemistry of the Elements (1st ed.) –