En química , un hidrón es el nombre general de una forma catiónica de hidrógeno atómico , representada con el símbolo H+
. El término "hidrón", respaldado por la IUPAC, incluye cationes de hidrógeno independientemente de su composición isotópica: por lo tanto, se refiere colectivamente a protones ( 1 H + ) para el isótopo protio, deuterones ( 2 H + o D + ) para el isótopo deuterio y tritones ( 3 H + o T + ) para el isótopo de tritio .
Nombres | |
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Nombre IUPAC sistemático | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
KEGG | |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
H+ | |
Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | 108,95 JK −1 mol −1 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
A diferencia de la mayoría de los otros iones, el hidrón consta solo de un núcleo atómico desnudo . La contraparte cargada negativamente del hidrón es el anión hidruro , H-
.
Propiedades
Propiedades de los solutos
En igualdad de condiciones, los compuestos que donan hidrones fácilmente (ácidos de Brønsted, ver más abajo) son generalmente solutos hidrófilos polares y, a menudo, son solubles en disolventes con una permitividad estática relativa alta (constantes dieléctricas). Los ejemplos incluyen ácidos orgánicos como ácido acético (CH 3 COOH) o ácido metanosulfónico (CH 3 SO 3 H). Sin embargo, grandes porciones apolares de la molécula pueden atenuar estas propiedades. Por tanto, como resultado de su cadena de alquilo, el ácido octanoico (C 7 H 15 COOH) es considerablemente menos hidrófilo en comparación con el ácido acético.
El hidrón no solvatado (un núcleo atómico de hidrógeno completamente libre o "desnudo") no existe en la fase condensada (líquida o sólida). Aunque a veces se dice que los superácidos deben su extraordinario poder donante de hidrones a la presencia de "hidrones libres", tal afirmación es muy engañosa: incluso para una fuente de "hidrones libres" como H
2F+
, uno de los cationes superácidos presentes en el ácido fluoroantimónico superácido (HF: SbF 5 ), desprendimiento de un H libre+
todavía viene con una enorme penalización energética del orden de varios cientos de kcal / mol. Esto descarta efectivamente la posibilidad de que el hidrón libre esté presente en solución, incluso como un intermedio fugaz. Por esta razón, en los ácidos fuertes líquidos, se cree que los hidrones se difunden por transferencia secuencial de una molécula a la siguiente a lo largo de una red de enlaces de hidrógeno a través de lo que se conoce como el mecanismo de Grotthuss . [2]
Acidez
El ion hidrón puede incorporar un par de electrones de una base de Lewis en la molécula por aducción:
- [H]+
+: L → [HL]+
Debido a esta captura de la base de Lewis (L), el ion hidrón tiene carácter ácido de Lewis. En términos de la teoría de base de ácido duro / blando (HSAB) , el hidrón desnudo es un ácido de Lewis infinitamente duro.
El hidrón juega un papel central en la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry : una especie que se comporta como donante de hidrón en una reacción se conoce como ácido de Brønsted, mientras que la especie que acepta el hidrón se conoce como base de Brønsted. En la reacción ácido-base genérica que se muestra a continuación, HA es el ácido, mientras que B (que se muestra con un par solitario) es la base:
- HA +: B → [HB]+
+: A -
La forma hidratada del catión hidrógeno, el ion hidronio (hidroxonio) H
3O+
(aq) , es un objeto clave de la definición de ácido de Arrhenius . Otras formas hidratadas, el catión de Zundel H
5O+
2, que se forma a partir de un protón y dos moléculas de agua, y el catión Eigen H
9O+
4, que se forma a partir de un ion hidronio y tres moléculas de agua, se teoriza para desempeñar un papel importante en la difusión de protones a través de una solución acuosa según el mecanismo de Grotthuss. Aunque el ion H
3O+
(aq) se muestra a menudo en los libros de texto introductorios para enfatizar que el hidrón nunca está presente como una especie sin solvatar en solución acuosa, es algo engañoso, ya que simplifica en exceso la especiación infamemente compleja del protón solvatado en agua; la notación H+
(aq) se prefiere a menudo, ya que transmite solvatación acuosa sin comprometer la cantidad de moléculas de agua involucradas.
Isótopos de hidrón
- El protón , que tiene el símbolo p o 1 H + , es el ion +1 del protio , 1 H.
- Deuterón , que tiene el símbolo 2 H + o D + , es el ion +1 de deuterio , 2 H o D.
- Tritón , que tiene el símbolo 3 H + o T + , es el ion +1 de tritio , 3 H o T.
Otros isótopos de hidrógeno son demasiado inestables para ser relevantes en química.
Historia del término
La IUPAC recomienda que se utilice el término "hidrón" en lugar de "protón" si no se hace ninguna distinción entre los isótopos protón, deuterón y tritón, todos encontrados en mezclas de isótopos indiferenciados de origen natural . El nombre "protón" se refiere a 1 H + isotópicamente puro . [3] Por otro lado, no se recomienda referirse al hidrón simplemente como ion hidrógeno porque también existen aniones de hidrógeno . [4]
El término "hidrón" fue definido por la IUPAC en 1988. [5] [6] Tradicionalmente, el término "protón" se usaba y se usa en lugar de "hidrón". [ cita requerida ] El último término generalmente solo se usa en el contexto donde las comparaciones entre los diversos isótopos de hidrógeno son importantes (como en el efecto isotópico cinético o el marcaje isotópico de hidrógeno ). De lo contrario, aún se considera aceptable referirse a los hidrones como protones, por ejemplo, en términos tales como protonación , desprotonación , bomba de protones o canal de protones . La transferencia de H+
en una reacción ácido-base se suele denominar transferencia de protones . El ácido y las bases se denominan donantes y aceptores de protones correspondientemente.
El 99,9844% de los hidrones naturales (núcleos de hidrógeno) son protones, y el resto (aproximadamente 156 por millón en agua de mar) son deuterones (ver Deuterio ), a excepción de algunos tritones naturales muy raros (ver Tritio ).
Ver también
- Desprotonación
- Catión dihidrógeno
- Clúster de iones de hidrógeno
- Electrón solvatado
- Superácido
- Catión trihidrógeno
Referencias
- ^ a b "hidrón (CHEBI: 15378)" . Entidades químicas de interés biológico (ChEBI) . Reino Unido: Instituto Europeo de Bioinformática.
- ^ [1] Archivado el 27 de septiembre de 2011 en la Wayback Machine. Modelado informático del salto de protones en superácidos.
- ^ Nomenclatura de recomendaciones de química inorgánica-IUPAC 2005 [2] IR-3.3.2, p.48
- ^ Compendio de terminología química , segunda edición McNaught, AD y Wilkinson, A. Blackwell Science, 1997 ISBN 0-86542-684-8 , también en línea Archivado 2005-12-12 en Wayback Machine
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " hydron ". doi : 10.1351 / goldbook.H02904
- ^ Bunnet, JF; Jones, RAY (1968). "Nombres para átomos, iones y grupos de hidrógeno, y para las reacciones que los involucran (Recomendaciones 1988)" (PDF) . Pure Appl. Chem. 60 (7): 1115–6. doi : 10.1351 / pac198860071115 .