Idronio

Struttura dello ione ossonio (senza la coppia di non legame)

Modello tridimensionale dello ione ossonio

Ione idronio è il termine obsoleto utilizzato in passato per indicare il catione ossonio, detto anche senza ambiguità idrossonio, idrogenione o semplicemente protone, con formula bruta H₃O⁺.

Il catione è responsabile del carattere acido di tutte le sostanze in ambiente acquoso (secondo la terminologia sistematica IUPAC andrebbe scritto OH₃⁺) e del relativo effetto livellante. Esso consiste in un catione derivante direttamente dalla formazione di un legame covalente fra uno ione H⁺ che in soluzione acquosa non può esistere allo stato libero e una molecola di H₂O. Si trova nelle sostanze anfotere e in tutti gli acidi inorganici e organici, siano essi forti o deboli.

Lo ione ossonio ha una struttura a piramide a base triangolare equilatera; l'atomo di ossigeno ibridato sp³ occupa il vertice della piramide, i tre atomi di idrogeno occupano i tre vertici della base triangolare, mentre il quarto orbitale sp³ è occupato da una coppia di elettroni di non legame, o "lone pair", che è responsabile della maggior parte delle proprietà chimico-fisiche del catione stesso. I tre angoli di legame H-O-H sono approssimativamente di 113°. Esperimenti di marcatura radioisotopica con trizio hanno evidenziato che i tre atomi di idrogeno sono equivalenti, ovvero quando lo ione ossonio si dissocia per tornare a formare acqua, lo ione H⁺ scambiato non è necessariamente quello acquisito in precedenza. In soluzione acquosa il catione ossonio stabilisce legami a idrogeno solvatandosi con quattro molecole di acqua, assumendo la struttura più complessa (e maggiormente in accordo coi dati sperimentali) H₉O₄⁺. Il meccanismo di Grotthuss rende conto della peculiare dinamica e cinetica di trasferimento del protone in soluzione acquosa.

Produzione di cationi ossonio: sostanze anfotere e acidi

Distribuzione della carica all'interno del catione

Il catione H₃O⁺ è naturalmente presente nelle sostanze anfotere in soluzione acquosa, come ad esempio l'anione idrogenocarbonato HCO₃^-, l'anione idrogenosolfato HSO₄^- e l'acqua stessa. Esso deriva dall'equilibrio di autoprotolisi, secondo il quale queste sostanze tendono a perdere un protone tramutandosi nella propria base coniugata e liberando un protone H⁺; questo non può esistere libero in soluzione e, come detto in precedenza, si lega all'acqua formando un catione ossonio.
Alcuni esempi sono:

HSO₄^- + H₂O ⇄ SO₄^2- + H₃O⁺

HCO₃^- + H₂O ⇄ CO₃^2- + H₃O⁺

Inoltre, anche gli acidi in soluzione acquosa contengono ioni ossonio a diverse concentrazioni; proprio da questo valore, esprimibile come [H₃O⁺], dipende poi il pH delle sostanze. Gli acidi forti si ionizzano (dissociano) completamente se disciolti in acqua, e - poiché tutte le reazioni chimiche sono di equilibrio - la loro reazione di dissociazione è completamente spostata verso destra. Un esempio è la seguente:

HCl + H₂O → Cl^- + H₃O⁺

Gli acidi che invece sono definiti deboli danno luogo a reazioni di equilibrio di dissociazione in soluzione acquosa con formazione di cationi ossonio. Ciò è quanto per esempio accade all'aceto, che è essenzialmente una soluzione acquosa diluita di acido acetico:

CH₃COOH + H₂O ⇄ CH₃COO^- + H₃O⁺

Infine, il catione ossonio è presente anche nelle sostanze che non hanno carattere acido, le basi, ma in concentrazioni assolutamente trascurabili, in quanto dev'essere sempre rispettato il valore del prodotto ionico dell'acqua K_W = [H₃O⁺] [OH^-] che è pari a 1.0 × 10^-14  M² in condizioni standard.

Voci correlate

• pH
• Ione idrossido
• Protonazione
• Autoionizzazione dell'acqua
• Dimero dell'acqua protonato

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