Ion oxonium

Un ion oxonium est un cation portant une charge positive localisée sur un atome d'oxygène trivalent.

Un ion oxonium où R représente une chaîne carbonée.

D'après les recommandations de l'UICPA, les ions oxonium sont l'ion de formule chimique H₃O⁺ et ses dérivés substitués.

L'ion H₃O⁺ est aussi connu sous le nom d'ion hydronium.

Nomenclature

L'IUPAC définit les ions oxonium comme l'« ion parent H₃O⁺ et ses dérivés substitués »[1]. Cette nomenclature est cohérente avec celle des autres ions onium, définis comme les cations formés par protonation d'un hydrure mononucléaire d'un élément de la famille des pnictogènes (colonne 15) des chalcogènes (colonne 16) et des halogènes (colonne 17), et leur dérivés substitués[2] : ammonium, phosphonium, sulfonium, etc.

Cependant l'ion H₃O⁺ est couramment désigné par le nom ion hydronium. Cette appellation, qui a l'avantage d'être univoque, n'est pas reconnue par l'IUPAC mais le NIST ne reconnait que celle-ci et non oxonium.

Les appellations suivantes peuvent donc être retenues :

H⁺ : l'ion hydrogène le plus simple, l'hydron, généralement un proton isolé (sinon un deutéron ou un triton, noyau de deutérium ou de tritium), extrêmement réactif, qui ne peut rester à l'état libre ;
H⁺(aq) : ion hydrogène hydraté (solvaté par plusieurs molécules d'eau), en solution aqueuse ; formellement identique à H₃O⁺(aq) ;
H₃O⁺ : ion oxonium ou ion hydronium, qui existe à l'état non solvaté dans des solides tels que les hydrates de monoacides forts ;
H₃O⁺(aq) : ion oxonium hydraté.

Ion oxonium H₃O⁺

Autoprotolyse de l'eau

H₂O (l) + H₂O (l) → HO^– (aq) + H₃O⁺ (aq)

Potentiel hydrogène

Définition simplifiée : pH = –log[H₃O⁺]. Opposé du logarithme décimal de la concentration en H₃O⁺ (exprimée en moles par litre) dans la solution.

K_e = [HO^–] · [H₃O⁺]

avec K_e = constante = 1,0 × 10⁻¹⁴ (à 25 °C)

Solvatation

La solvatation est le phénomène physico-chimique remarqué lors de la dissolution d'une substance chimique dans un solvant.

La solubilité n'est pas limitée aux ions. Elle est un phénomène qui se produit lorsqu'un soluté se dissout dans un solvant. Les molécules de soluté vont se séparer et s'entourer de molécules de solvant via des interactions telles que les interactions H-liaisons ou de van der Waals. Dans un cas particulier où le solvant est l'eau, l'eau est considérée comme un hydratant (hydratation)[3].

Ions oxonium substitués

L'action du chlorure d'hydrogène (HCl) à basse température sur un éther-oxyde peut former un sel d'oxonium.

Références

(en) « oxonium ions », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd.
(en) « onium compounds », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd.
M. L'Her, D. Morin-Bozec et J. Courtot-Coupez, « Solvatation des molécules et des anions dans les mélanges eau+carbonate de propylène », Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 61, n^o 1,‎ 10 mai 1975, p. 99–111 (DOI 10.1016/S0022-0728(75)80140-9, lire en ligne, consulté le 2 novembre 2017).

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[1] (en) « oxonium ions », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd.

[2] (en) « onium compounds », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd.

[3] M. L'Her, D. Morin-Bozec et J. Courtot-Coupez, « Solvatation des molécules et des anions dans les mélanges eau+carbonate de propylène », Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 61, n^o 1,‎ 10 mai 1975, p. 99–111 (DOI 10.1016/S0022-0728(75)80140-9, lire en ligne, consulté le 2 novembre 2017).