水合氢离子H3O+能否得到一个电子而成为H3O呢?(非中学问题)

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/07 08:34:17
首先这不是中学的化学问题
我说的是根据分子轨道理论,H3O是否能够存在,仅仅从理论上讲?

H3O的结构与H3O+类似,只是多了一个电子填充在反键轨道上。它的原子轨道组合成分子轨道的过程可以这样理解:3个H原子首先组合成配体群轨道,有1个3个H都是同位相的群轨道和2个2个H同位相、1个H异位相的群轨道。它们再和O原子的价层轨道2s、2px、2py、2pz组合。全同位相的群轨道和2s、2pz组合成能量最低的全成键的σ轨道、2pz轨道的一瓣与群轨道位相相同的倾向成键的σ轨道和能量相当高的σ反键轨道。剩下的2个群轨道中H原子位相不同的区域可以和2px、2py位相不同的2瓣匹配,反对称和对称组合出2个成键轨道和2个反键轨道。

H3O只有9个价电子,8个电子填充在成键轨道后剩下1个电子会填充在能量不算太高的由位相不全同的群轨道和2px或者2py组合得到的反键轨道上。这仅有的1个电子对O-H键的反键作用是有限的,因为并没有电子填充到能量很高的σ反键轨道上,并且有限的反键作用还被3个O-H键平均化,进一步削弱了某一O-H键断裂的倾向。

H3O在理论上是可以得到的。通过一定的量子化学计算得出的H3O结构与H3O+相比O-H键增长了大约0.006纳米,HOH键角增大了大约5度。
它是一个稳定点,也就是它在任意自由度的坐标上都是能量极小点——转变成其他结构需要克服一定的能垒,在温度足够低时,不能自由的通过热运动引发O-H键的断裂。

实验上也证实H3O是存在的,但不是通过H3O+得到电子,而是H2O+自由基实现。
Nucl. Sci. Abstr. 1973, 28, 24022. 这篇文献里报道有人在-180摄氏度通过紫外光解凝固的CeClO4-HClO4溶液可以得到H2O+自由基,进一步冷却就能产生不带电的H3O分子。文献还报道了H3O的红外光谱和电子自旋共振谱,并指出H3O的解离能小于7kcal/mol。这证明H3O虽然极易解离,但在很低的温度下,仍然能较稳定的存在。

氢原子失去ls电子就成为H+,H+实际上是氢原子的核即质子。由于质子的半径为氢原子半径的几万分之一,因此质子具有很强的电场,能使邻近的原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与H2O结合,以水合氢离子(H3O+)存在。

哎,没办法,这不是中学问题,但我是初中生,也只能回答到这种程度了,希