水合
氢离子,指的是氢原子在失去电子后,剩余由1个
质子构成的核,即氢离子,氢离子是“裸露”的质子,半径很小,易被水分子吸引生成水合氢离子,通常用HO表,示,所以水的电离可以用以下方程式表示:。
水(HO)的中心元素是O,O的最
散逸层有6个电子,其中有一对在2s轨道,四个电子在2p轨道(其中一对电子在2px轨道,剩下两个分别在和),这里面的那两个电子分 别与氢成键,剩下一对
电子对空余。
水合氢离子是HO中,就是有一个H与空余的2px轨道中的
电子对成键所构成的(这里面氢核周围没有电子,氧把两个电子都给H,形成
配位键),但不改变原来的sp3杂化。
实际上,水合氢离子在稀酸中进一步水合,以(即)形式存在,即三个HO的氧原子分别与HO中的三个氢形成
氢键。
很多
强酸都可能形成相对稳定的水合氢离子盐
晶体。这些盐有时被称为酸的一
水合物。通常,任何具有109或更高的
电离常数的酸都可以形成水合氢离子盐。而电离常数小于109的酸一般不能形成稳定的HO盐。
例如,
盐酸的电离常数为107,在室温下与水的
混合物是液态的。而
高氯酸的电离常数为1010,如果液体
碘化钠高氯酸和水以1:1的摩尔比结合,则反应形成固体一水合高氯酸,即高氯酸的水合氢离子盐:
水合质子的结构问题一直是分析界的一大难题,质子在水中的状态,并不是一般认为是HO的结构或者HO的结构,X射线
衍射结果表明,存在的
氢键并不是传统意义上的,而 是,后者拥有更短的O···O间距和更低的势垒,使得质子可以轻易的在两侧势井中移动,中间势垒低,加上质子具有类似于
电子透射势垒的运动,使得
质子被束缚在两个氧之间,但是却是非定域的。
由于O和N
原子具有相同的电子数,因此HO与NH的电子数
相等,从HO的
球棍模型可以看出,其具有氧原子位于顶点的三角锥形分子构型,H-O-H的夹角大约为113,同时
质心非常靠近氧原子。因为
埃及金字塔的底部是由三个相同的氢原子组成的,HO分子的对称顶部结构属于C3v
点群。因为这个对称和它有偶极矩的事实,旋转选择规则是和。过渡
偶极子在c轴上,由于负电荷在氧原子附近,因此偶极矩指向顶点,垂直于
基面。