هيدرون

في الظروف العادية، تكون المركبات التي تمنح أيونات الهيدروجين بسهولة (أحماض برونستد، انظر أدناه) عمومًا مذابات قطبية محبة للماء _، وغالبًا ما تذوب في مذيبات ذات سماحية كهربائية نسبية عالية (ثوابت عزل كهربائي). ومن الأمثلة على ذلك الأحماض العضوية مثل حمض الأسيتيك (CH₃COOH ₎ أو حمض الميثان سلفونيك ( _CH₃SO₃H ). مع ذلك، قد تُضعف الأجزاء غير القطبية الكبيرة في الجزيء هذه الخصائص. لذا، ونتيجةً لسلسلته الألكيلية، يُعد حمض الأوكتانويك (C₇H₁₅COOH ) _أقل محبة للماء بشكل ملحوظ مقارنةً بحمض الأسيتيك _.

لا يوجد الهيدروجين غير المذاب (نواة ذرة هيدروجين حرة تمامًا أو "عارية") في الحالة المكثفة (السائلة أو الصلبة). ولأن شدة المجال الكهربائي السطحي تتناسب عكسيًا مع نصف القطر، فإن النواة الصغيرة تتفاعل مع الإلكترونات المجاورة بقوة تفوق آلاف المرات أي ذرة متأينة جزئيًا .

على الرغم من أنه يُقال أحيانًا أن الأحماض الفائقة تدين بقدرتها الاستثنائية على منح الهيدروجين إلى وجود "هيدرونات حرة"، إلا أن هذا القول مضلل: حتى بالنسبة لمصدر "هيدرونات حرة" مثل H₂ F ⁺، أحد الكاتيونات فائقة الحموضة الموجودة في حمض الفلوروأنتيمونيك فائق الحموضة (HF:SbF ₅ )، انفصال H ^{+ حر}ومع ذلك، فإن ذلك يتطلب طاقة هائلة تصل إلى عدة مئات من الكيلو كالوري/مول. وهذا يستبعد فعلياً إمكانية وجود أيون الهيدروجين الحر في المحلول. ولهذا السبب، يُعتقد أن أيونات الهيدروجين في الأحماض السائلة القوية تنتشر عن طريق النقل المتسلسل من جزيء إلى آخر عبر شبكة من الروابط الهيدروجينية من خلال ما يُعرف بآلية غروثوس . ^{[ 3 ]}

يمكن لأيون الهيدرون أن يدمج زوجًا من الإلكترونات من قاعدة لويس في الجزيء عن طريق الإضافة:

[H] ⁺+ :L → [HL] ⁺

بسبب ارتباط قاعدة لويس (L) بأيون الهيدرون، فإنه يكتسب صفة حمضية لويس. ووفقًا لنظرية الأحماض والقواعد الصلبة واللينة (HSAB) ، يُعد أيون الهيدرون المجرد حمض لويس شديد الصلابة.

يلعب أيون الهيدرون دورًا محوريًا في نظرية برونستد-لوري للأحماض والقواعد : يُعرف النوع الذي يتصرف كمانح للهيدرون في التفاعل باسم حمض برونستد، بينما يُعرف النوع الذي يستقبل أيون الهيدرون باسم قاعدة برونستد. في تفاعل الحمض والقاعدة العام الموضح أدناه، HA هو الحمض، بينما B (الموضح بزوج إلكتروني حر) هو القاعدة.

HA + :B → [HB] ⁺+ :أ ^–

الشكل المائي لأيون الهيدروجين الموجب، أيون الهيدرونيوم (الهيدروكسونيوم) H₃ O ⁺يُعدّ (aq) عنصرًا أساسيًا في تعريف أرهينيوس للحمض . أما الأشكال المائية الأخرى، مثل كاتيون زوندل H₅ O ⁺ ₂ ، والذي يتكون من بروتون وجزيئين من الماء، وأيونإيجنHيُعتقد أن أيون _9O ⁺ ₄ ، المتكون من أيون هيدرونيوم وثلاث جزيئات ماء، يلعب دورًا هامًا في انتشار البروتونات عبرالمحلول المائيوفقًا لآلية غروثوس. على الرغم من أن أيونH₃ O ⁺يُستخدم الرمز (aq) غالبًا في الكتب التمهيدية للتأكيد على أن أيون الهيدروجين لا يوجد أبدًا كنوع غير مذاب في المحلول المائي، إلا أن هذا الرمز مُضلل إلى حد ما، لأنه يُبسط بشكل مفرط عملية تحديد الأنواع المعقدة للبروتون المذاب في الماء ^؛غالباً ما يفضل استخدام (aq) ، لأنه ينقل الذوبان المائي مع البقاء غير ملتزم فيما يتعلق بعدد جزيئات الماء المعنية.