Los maestros y los libros de texto a menudo hablarán sobre los iones de hidrógeno, pero luego también hablarán sobre los iones del hidronio.
Piénsalo.
Un átomo de hidrógeno consiste en el núcleo con un protón y unos pocos átomos de hidrógeno también tienen un neutrón o, rara vez, dos neutrones. Tienen un electrón.
¿Cuál es el tamaño relativo del núcleo en un átomo? El núcleo es extremadamente pequeño en comparación con un átomo. Imagina un átomo expandido 3 dimensionalmente al tamaño de un aula. El núcleo no sería más que el tamaño de una parada completa.
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Ahora use estas ideas sobre los átomos y el átomo de hidrógeno en particular para visualizar cómo podría ser un ion hidrógeno. Para convertirse en un ion positivo, +1, el átomo tiene que perder 1 electrón. En el caso del hidrógeno, este es el único electrón. Entonces, ¿qué queda? Un núcleo extremadamente pequeño cargado positivamente. Ahora esto no tiene ningún sentido. Esta carga positiva extremadamente pequeña NUNCA existiría en la Tierra en ningún lugar. Las cargas opuestas atraen. Inmediatamente se engancharía a algo donde hay un poco de carga negativa.
En soluciones acuosas, es muy probable que este sea uno de los pares de electrones aislados en la parte ligeramente negativa de una molécula de agua. Se une a esto, y los pares solitarios del átomo de oxígeno se comparten con el hidrógeno.
Así que ahora tienes un ion hidronio. Una vez que esto ha sucedido, se vuelve indistinguible cuál de los hidrógenos se unieron originalmente al oxígeno y cuál fue el ión de hidrógeno que vino de otra parte y se atascó.
Entonces, Arrhenius, quien propuso por primera vez la idea de iones de cualquier tipo, y también propuso por primera vez una idea teórica sobre ácidos y bases, donde dijo que los ácidos ionizantes que producen iones de hidrógeno, hizo un gran salto hacia adelante en la comprensión.
Sin embargo, la descripción de Bronsted-Lowry de los ácidos como donantes de protones es una descripción visual mucho más precisa de lo que sucede en una solución acuosa. Nota: el protón es H +.
Cuando el HCl, por ejemplo, un gas, se disuelve en agua, las moléculas de HCl donan un protón (H +) a las moléculas de agua cercanas, formando una solución de iones de cloruro e iones de hidronio.
En un ácido débil, relativamente pocas moléculas de ácido han donado un protón. Se establece un equilibrio, donde los iones hidronio donan protones a los aniones ácidos, y otras moléculas ácidas donan protones a las moléculas de agua cercanas, creando nuevos iones hidronios.
Se puede entender mucha química si puedes visualizar lo que está sucediendo a nivel atómico.
Adición. Me he dado cuenta de que usted también preguntó acerca de cómo reaccionan los iones hidronio con las bases o sales disueltas.
Trataré con las bases primero. Las bases fuertes tales como NaOH para, por ejemplo, se disocian en iones hidróxido y otro ion. Los iones hidróxido, al ser bases fuertes, son muy buenos aceptores de protones. Aceptan fácilmente protones de los iones hidronio y también los aceptarían directamente de las débiles moléculas de ácido presentes. En las proporciones estequiométricas, la base puede neutralizar la solución. ácido + base —–> sal + agua.
Si no son las proporciones correctas, entonces el resultado puede ser ácido o básico, dependiendo de lo que haya en exceso. Sin embargo, en el punto de equivalencia, con una base fuerte y un ácido débil, la solución no será perfectamente neutral, ya que los aniones ácidos presentes pueden aceptar protones del agua, lo que hace que el punto de equivalencia sea ligeramente básico.
Las bases débiles serán similares, pero el punto de equivalencia es un poco más complejo, dependiendo de Ka y Kb, y no es fácil de detectar en el laboratorio. utilizando el análisis volumétrico.
Si se agrega una sal de un ácido débil a una solución de un ácido débil, la solución resultante se conoce como una solución tampón.
Por ejemplo:
Una solución que contiene ácido acético y acetato de sodio.
Como se indicó anteriormente, la solución del ácido débil contendrá como soluto principalmente moléculas acod, con un pequeño número de iones hidronio y aniones ácidos (iones acetato). Las moléculas están en equilibrio con los iones, y la constante de equilibrio en este caso se conoce como Ka.
Si se agrega acetato de sodio a esta solución, entonces se disocia en iones de sodio e iones de acetato. Los iones acetato perturban el equilibrio presente.
Cualitativamente, esto se puede entender utilizando el Principio de Le Cahtelier. Cuantitativamente, Ka puede usarse para calcular concentraciones de todo en la solución.
Ahora, una solución tampón es muy interesante. Debido a su naturaleza, puede reaccionar tanto con ácidos como con bases que se agregan.
Si es un ácido, digamos que se agrega algo de HCl, se agregan iones hidronio adicionales. Debido a que hay una buena concentración de iones acetato de la sal de acetato disuelta, reaccionarán con el ácido agregado y el pH apenas cambiará. Esto funcionaría, hasta que el ácido agregado agote todos los iones de acetato adicionales.
Si se agrega una base, digamos NaOH, entonces los iones hidróxido de la base pueden aceptar fácilmente un protón de las moléculas de ácido acético que también están presentes en buena cantidad. Agregar la base también hará muy poco para cambiar el pH, hasta que, por supuesto, todas las moléculas de ácido acético se agoten.
Si se añadiera HCl o NaOH al agua corriente, el pH cambiaría mucho más dramáticamente. En una solución tampón, el pH puede cambiar muy poco, debido a la forma en que los equilibrios reaccionan a estas adiciones.