水合氫離子怎麼檢驗?

H3O+.是否可以利用F-離子強大的電負性檢驗,生成氫氟酸?


問題我覺的問的很好,水合氫離子的結構問題一直是分析界的一大難題,題主給出的寫法應該是最簡單的流傳最廣的一種,並且依照這種結構給出了水中質子傳遞的方式,寫進了教科書很多年了。但是幾年來受到了挑戰,認為並不是只有這一種結構。什麼indirect的方法都沒有直接檢測架構來的爽快吧,檢測到結構也就順便解決了證明存在的問題了。
貼篇文獻
Myths about the Proton. The Nature of H in Condensed Media, CHRISTOPHER A. REED, Account of chemical research, Vol. 46, No. 11 』 2013 』 2567–2575

文獻「Myths about the Proton. The Natureof Ht in
Condensed Media」提到質子在水中的狀態,並不是一般認為是H3O+的結構或者H5O2+的結構,X射線表明,存在的氫鍵並不是傳統意義上的O——H···O,而是O···H···O,後者擁有更短的O···O間距和更低的勢壘,使得質子可以輕易的在兩側勢井中移動,中間勢壘低,加上質子具有類似於電子透射勢壘的運動,使得質子被束縛在兩個氧之間,但是卻是非定域的。

由於右邊的圖是堆成結構,中間勢壘低,在低振動態的情況下,分子就可以越過勢壘,預估計會有很高的透射率。因此常溫下存在這種結構是可能的。

文章也討論了大π體系對質子的吸引,從上圖中我想到某種假想,在濃縮相中,是否存在,以苯分子為骨架牢籠,水合質子填充空穴,兩者的靜電相互作用使得骨架結構較為穩定,而類似於

O···H···O的π···H···π的結構是否可以讓質子在較大的範圍內甚至於整個骨架的範圍內有一個較大的的概率分布,使得體系的電導增加呢,這樣與質子反應的機理中,有效碰撞將不需要穿透表面的溶劑分子,增大反應速率。如果苯不能作為骨架,使用含大共軛體系的聚合物,利用氨基酸的鍵合作用搭成骨架牢籠,鎖住水合質子。

對於水中的質子,IR顯示存在的結構是H13O6+,上圖,至於上圖是怎麼給出來的,利用IR可以得到氫氧鍵的振動吸收峰的數量,有幾個不同的吸收峰,配合結構計算推測出來的吧,具體也不是很了解了。


可以設計一個小實驗證明。


以前流行的質子轉移理論為水以氫鍵連在一起,形成長鏈,質子附在長鏈的一端,電荷沿著鏈轉移到長鏈末端的氫上形成質子掉下。如果使用電解池,一端是氘水一端是普通的水,如果按以前的機理傳遞電荷的話,陰極應該生成氫氣,而如果按照文獻中的機理來進行的話,陰極應該同時產生氘氣。 不過本來重水就難電解,所以實驗結果不一定有說服力。

題主給出的方法不不能證明氫氟酸質子的來源,別說幾乎不會生成氫氟酸,就是生成了你也說明不了質子是水分子的還是電離的質子。在溶液相中質子是多麼的自由啊, 你不能隨便把質子判給誰。

一家之言,歡迎討論,求勿噴。


紅外光譜IR


我覺得你可能問得不夠詳細,主要是不太清楚你要在什麼條件下檢測。
你是想要詳細地區分出水合氫離子和氫離子嗎?
你說的那個方法並不能分辨出水合氫離子或氫離子(雖然兩者化學性質基本上沒區別)
水溶液中必然有水合氫離子,這是水自身電離決定的,量多量少而已。
還是說題主是想問「如何檢驗有機溶液中怎麼分別鑒定水合氫離子和氫離子」?


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