Почему считается, что [H+] = [H3O+]

[KatanaSakura]

Доброго времени суток! Подскажите, пожалуйста, почему для вычисления константы диссоциации воды и, следственно ионного произведения воды [H+] заменяют на [H3O+]. Ведь, несмотря на то, что чистые ионы H+ практически не существуют, тем не менее можно записать реакцию диссоциации H3O+ на H+ и H2O. И также можно выразить константу диссоциации воды через константу равновесия реакции автопротолиза, где получаются ионы H3O+, и константы диссоциации H3O+ ?

 

Также получается, что если [H+] - концентрация неприсоединенных ионов водорода, а не [H3O+], то ионное произведение воды должно быть существенно меньше чем 10^-14

[Arkadiy]

Потому что протон быстро находит неподеленную пару у атома кислорода в молекуле воды, которая заполняет его орбиталь, а заряд распределяется -делокализуется на весь образовавшийся ион гидроксония, что термодинамически весьма выгодно

[yatcheh]

04.11.2023 в 12:58, KatanaSakura сказал:

Доброго времени суток! Подскажите, пожалуйста, почему для вычисления константы диссоциации воды и, следственно ионного произведения воды [H+] заменяют на [H3O+]. Ведь, несмотря на то, что чистые ионы H+ практически не существуют, тем не менее можно записать реакцию диссоциации H3O+ на H+ и H2O. И также можно выразить константу диссоциации воды через константу равновесия реакции автопротолиза, где получаются ионы H3O+, и константы диссоциации H3O+ ?

 

Также получается, что если [H+] - концентрация неприсоединенных ионов водорода, а не [H3O+], то ионное произведение воды должно быть существенно меньше чем 10^-14

 

Вы можете заняться поиском несольватированного протона в воде. В этом случае выражение  [H+] будет строгим. Но это будет совсем другая химия.

Обычно выражение [H+] - это чистое упрощение для удобства написания. В любом случае  подразумевается сольватированный протон. 

Ион гидроксония [H3O+] - тоже условность, реально и этот ион сольватирован.

Впрочем, известны и реальные соли гидроксония в чистом виде. Скажем - [H3O][BF3OH]. А в безводной серной кислоте можно обнаружить и совершенно голый протон.

 

Изменено 4 Ноября, 2023 в 11:36 пользователем yatcheh

[ash111]

В 04.11.2023 в 12:09, Arkadiy сказал:

протон быстро находит неподеленную пару у атома кислорода в молекуле воды

вернее сказать именно эта электронная плотность и заставляет его уйти от своей молекулы воды. Вне растворителя или в целом полярной среды такая ионизация крайне невыгодна, именно поэтому аррениусовская теория так долго в свое время вызывала крайнюю степень недоверия.

[ash111]

протон маленький а заряд у него большой) так что этих гидратных оболочек у него дохера, и если задаваться вопросом в каком виде он там присутствует, H₃O⁺ или H⁺, то ответ скорее всего конечно H₃O⁺, просто потому что такое состояние лежит ниже по энергии. Но ятчех правильно говорит что это не догма, может быть и просто протон в исключительных случаях

[Shizuma Eiku]

В 04.11.2023 в 12:58, KatanaSakura сказал:

Подскажите, пожалуйста, почему для вычисления константы диссоциации воды и, следственно ионного произведения воды [H+] заменяют на [H3O+].

С методическими целями.

В 04.11.2023 в 12:58, KatanaSakura сказал:

Ведь, несмотря на то, что чистые ионы H+ практически не существуют, тем не менее можно записать реакцию диссоциации H3O+ на H+ и H2O.

Можно считать что голых протонов в растворе нет, поэтому некорректно относиться к взаимодействию воды и иона водорода как к равновесной реакции.

В 04.11.2023 в 12:58, KatanaSakura сказал:

И также можно выразить константу диссоциации воды через константу равновесия реакции автопротолиза, где получаются ионы H3O+, и константы диссоциации H3O+ ?

В случае автопротолиза воды, можно добавлять или убавлять воду т.к. она одновременно добавляется/убирается и в числитель, и в знаменатель (и в исходном веществе и в продуктах), т.е. с математической точки зрения дробь просто умножается на единицу.

В 04.11.2023 в 12:58, KatanaSakura сказал:

Также получается, что если [H+] - концентрация неприсоединенных ионов водорода, а не [H3O+], то ионное произведение воды должно быть существенно меньше чем 10^-14

В ионном произведении воды учитывается либо концентрация Н⁺ без учета образования гидроксония, либо H₃O⁺ без учета возможности его диссоциации. Нахождение голых протонов в воде сомнительно, протоны существующие сами по себе это скорее объект из физики элементарных частиц. Тем не менее, нужно заметить, что реакция Н₃О⁺->Н₂О+Н⁺ никак не повлияла бы на математическое значение ионного произведения воды т.к. концентрация ионов ОН^- все равно была бы равна сумме концентраций Н₃О⁺ и Н⁺.