¿Por qué divide el agua en iones?

Question

¿Qué es la propiedad de una molécula de agua que le permite dividir en $\ce{OH-}$ y $\ce{H+}$ iones?

Y posteriormente, ¿por qué - cuando estos iones son atraídos uno hacia el otro en una reacción de neutralización, puede por ejemplo - estos iones entonces se convierten en una sola molécula covalente consolidada?

Answer 1

La división de describir no pasan en el agua a granel. No solo es la autoionization reacción:

$$\ce{H2O + H2O <=> H3O+ + OH-}$$

La red de transferencia de un protón de un agua a otro crea dos iones. Esto es algo desfavorecidas. Por lo tanto, la autoionization constante es muy pequeña:

$$\mathrm{K}_{w} = \ce{[H3O+][OH-]} = 10^{-14}$$

La neutralización es un poco relacionadas con el proceso, por el cual una especie es capaz de crear un exceso de hidronio, y otro es capaz de crear un exceso de hidróxido. Esto crea un desequilibrio en el autoionization equilibrio, y rápidamente se desplaza de izquierda a consumir excesos de ambos iones.

Answer 2

El agua en realidad no se divide en iones. Que las transferencias de protones, de forma reversible, de una molécula a otra:

$\ce{2 H2O = H3O+ + OH-}$

Los iones representan, por supuesto, menos un estado estable de agua molecular, al menos en condiciones normales, por lo que la constante de equilibrio es baja. Sin embargo, esta reacción afecta fuertemente la química prpoeryies e incluso algunas de las propiedades físicas de las soluciones acuosas.

Ejemplo de una reacción de transferencia es posible debido a la polaridad de la hidrógeno-oxígeno de los bonos en el agua. Pero si esto es así, puede que los otros solventes con similar enlaces polares de hidrógeno de transferencia de protones en una manera similar?

Por supuesto que sí. El amoníaco es, la formación de amonio y amida de iones; a pesar de que hace tan sólo débilmente, porque tienes que enfriar hasta hacerlo líquido y el nitrógeno que los enlaces de hidrógeno son sólo débilmente polares. El ácido sulfúrico se hace (y se somete a algún otro disolvente en reacciones tales como la oligomerización) a tal punto que "el 100% de ácido sulfúrico" contiene una gran cantidad de otras cosas que $\ce{H2SO4}$. Incluso algunos líquidos orgánicos como el etanol y ácido acético glacial someterse intrínseca de transferencia de protones.

Pero espera, hay más. Los disolventes que no contienen hidrógeno, pero no contienen halógenos con polar de vinculación pueden transferencia de iones haluro, como el trifluoruro de bromo ($\ce{BrF3}$) formando $\ce{BrF2+}$ $\ce{BrF4-}$ iones.

Dinitrógeno de osmio, $\ce{N2O4}$, es una excepción, ya que realmente no dividir las moléculas para formar $\ce{NO+}$$\ce{NO3-}$. La relativamente débil de nitrógeno-nitrógeno de bonos permite que, pero incluso aquí un átomo de oxígeno también deben ser transferidos entre los fragmentos. Directo de la escisión se iba a producir especies que están muy fuertemente ácida ($\ce{NO2+}$) y muy fuertemente básica ($\ce{NO2-}$) para el solvente.

Entre los solventes comunes con enlaces polares, la que más destaca no es el agua, pero el dióxido de azufre. No autoionize en una medida significativa, porque tendría que formar los radicales para hacer una sola carga de las especies y la alternativa de formar doblemente iones con carga ($\ce{SO^{2+}, SO3^{2-}}$) es también muy desfavorecidas para apenas alrededor de cualquier disolvente (incluso el agua).

Answer 3

El "desnudo" de protones (H⁺) no existe. Pero no en el equilibrio de la solución acuosa (cerca de STP). Los químicos hablar de H⁺ y los Físicos también, pero en general están hablando de cosas muy diferentes. Los Físicos, en realidad son (generalmente) hablando de H⁺, y los Químicos son casi siempre hablando de las diferentes especies que han sido protonada. En el caso del agua, los dos más comunes cationes son H₃O⁺ y H₅O₂⁺ que puede ser pensado como n(H₂O)H⁺ con n un entero pequeño. Nosotros los químicos llaman todos estos cationes "(acuoso) de protones" aunque sabemos que 'la mancha. Su corto de la mano. Lo que está pasando es que mientras que el agua líquida tiene sus moléculas moviéndose y bailando a su alrededor, en cualquier instante de tiempo, la mayoría de las moléculas están en uno o más enlaces de hidrógeno. Con el átomo de H a menudo unido a una molécula O átomo y h-unido a una segunda molécula O átomo. (un solo átomo de O puede ser asociada con más de una H-fianza en cualquier instante dado, debido a su tamaño mucho más grande). Permítanme simplificar este: cualquier HOH molécula h-unido a una O de otra molécula tendrá el h-bond como este O-H^....Oh, pero también como este O-H^...O y O-H^..O. Que es, no es correcto pensar de los tres átomos de O,H y O como "exactamente" covalente y "exactamente" h-unido, pero en un espectro entre O-H^....O (neutro) y "O"^....H⁺O ionizado. (donde he ignorado los otros bonos en los dos moléculas). Si 1 h-bond en 10.000.000 de resultados en el segundo caso (los iones), el pH sería de 7, y ¿adivinen qué? es. Así, podemos decir que el protón (aunque no nos referimos a un desnudo de protones) se involucra en el H₂O→OH^- + H⁺ reacción rara vez, pero cuando tienes 6E23 moléculas en 20 gramos de agua, hay un MONTÓN de "raros" de los eventos. El protón es capaz de "escapar" de su molécula debido a que la molécula de carga negativa está siendo parcialmente neutralizados por otros h-bonos-me refiero a que sería de esperar OH^- h-de la vinculación en el agua, ¿no?? Así, mientras que el h-bonos "explica" por qué el agua se disocia, usted no debe mirar a estos como enlaces estables, es más de una noche de hook-up, o tal vez incluso una orgía constante cambio de las conexiones.