Hydroxonium

Het hydroxonium-ion, ook bekend als oxonium- of hydronium-ion, is het kation dat gevormd wordt wanneer water (H₂O) een waterstofion (H⁺) opneemt. De brutoformule is daarom H₃O⁺. De eigendissociatie of autoprotolyse van water verloopt volgens een evenwichtsreactie:

H₂O + H₂O ${\displaystyle \ \rightleftharpoons }$ H₃O⁺ + OH⁻

Hydroxonium
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van hydroxonium
Molecuulmodel van hydroxonium
Algemeen
Molecuulformule      (uitleg)	H3O+
IUPAC-naam	oxonium
Andere namen	hydronium
Molmassa	19,02322 g/mol
SMILES	[OH3+]
InChI	1S/H2O/h1H2/p+1
CAS-nummer	13968-08-6
PubChem	123332
Evenwichtsconstante(n)	pKa = −1,7
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Het hydroxonium-ion is daarmee volgens de theorie van Johannes Nicolaus Brønsted het geconjugeerde zuur van water:

HZ + H₂O ${\displaystyle \ \rightleftharpoons }$ Z⁻ + H₃O⁺

Het hydroxonium-ion heeft een pK_a-waarde (zuurconstante) van −1,7 en is het sterkste zuur dat in water kan bestaan. Een nog sterker zuur, zoals zoutzuur (HCl), zal een proton afgeven aan water, dat zo in een hydroxonium-ion omgezet worden. De pH van een waterige oplossing wordt dus uitsluitend bepaald door de H₃O⁺-concentratie (of correcter: de activiteit van de hydroxonium-ionen) in de oplossing.

Het waterstofion of proton (H⁺) komt in water eigenlijk altijd gehydrateerd voor. Dit wordt in chemische reacties vaak, maar beslist niet altijd, genoteerd als H₃O⁺. Beide notaties worden naast, en soms door elkaar gebruikt. Vooral in de organische synthese wordt van de notatie H⁺ gebruikgemaakt. Hydroxonium verwijst eigenlijk enkel naar een gehydrateerd waterstofion. Wanneer de nadruk gelegd moet worden op de zuur-base-eigenschappen, is H₃O⁺ een praktische beschrijving.

De werkelijkheid is echter complexer. Een proton is in water niet aan slechts één watermolecule gebonden. Formules als H₅O₂⁺, H₇O₃⁺ en H₉O₄⁺ vormen een reeks waarin de werkelijke toestand van protonen in water steeds beter beschreven wordt.[1] Water dient dus formeel gezien te worden als een verzameling van clusters van geprotoneerde watermoleculen.

Voor veel reacties waarin een waterstofion noodzakelijk is om de reactie uit te voeren, zonder dat de nadruk gelegd wordt op de zuur-base-aspecten van de reactie, wordt de reactievergelijking vaak een stuk eenvoudiger als de hydratatie-mantel, net als bij gewone ionen, weggelaten wordt. Vergelijk

MnO₄⁻ + 8 H₃O⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 12 H₂O

met

MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O