Idronio
# Idronio

Lo Ione Ossonio o "idronio", detto anche senza ambiguità idrossonio (o impropriamente idrogenione o semplicemente protone) è una molecola di acqua con l'aggiunta di un protone (H+). La formula bruta reale è $H_3O^+,$ in quanto l'ossigeno forma tre legami covalenti di uguale lunghezza ed angoli di 108°, mentre il quarto orbitale ibrido $sp^3$ è riempito da una coppia elettronica libera (lone pair, in inglese). Ciò rende il catione idrossonio un tipico acido di Brønsted-Lowry. Lo ione idronio non è da confondere con lo ione ossonio, ovvero uno ione che contiene un atomo di ossigeno con tre legami (R generici) e una carica positiva.

Il catione è responsabile del carattere acido di tutte le sostanze in ambiente acquoso e del relativo effetto livellante. Esso consiste in un catione derivante direttamente dalla formazione di un legame covalente fra uno ione $H^+$ (denominato idrone, che in soluzione acquosa non può esistere allo stato libero) e una molecola di $H_2O.$ Si trova secondo la teoria di dissociazione di Brønsted-Lowry di sostanze anfotere e in tutti gli acidi inorganici e organici, siano essi forti o deboli.

In conclusione, lo ione idrossonio ha una struttura tetraedrica; l'atomo di ossigeno ibridato $sp^3$ è posto al centro del tetraedro, i tre atomi di idrogeno occupano i tre vertici della base triangolare, mentre il quarto orbitale $sp^3$ è occupato da una coppia di elettroni di non legame, o "lone pair", che è responsabile della maggior parte delle proprietà chimico-fisiche del catione stesso. I tre angoli di legame H-O-H sono approssimativamente di 108°. Esperimenti di marcatura radioisotopica con trizio hanno evidenziato che i tre atomi di idrogeno sono equivalenti, ovvero quando lo ione ossonio si dissocia per tornare a formare acqua, lo ione $H^+$ scambiato non è necessariamente quello acquisito in precedenza. In soluzione acquosa il catione idrossonio stabilisce legami a idrogeno solvatandosi con ulteriori tre molecole di acqua, assumendo la struttura più complessa (e maggiormente in accordo coi dati sperimentali) $H_9O_4^+.$ L'originale meccanismo di Grotthuss rende conto della peculiare dinamica e cinetica di trasferimento del protone in soluzione acquosa.

## Produzione di cationi idrossonio: sostanze anfotere e acidi

Il catione $H_3O^+$ è naturalmente presente nelle sostanze anfotere in soluzione acquosa, come ad esempio l'anione idrogenocarbonato $HCO_3^-,$ l'anione mono-idrogenosolfato $HSO_4^-$ e l'acqua stessa (vedi autodissociazione dell'acqua). Esso deriva dall'equilibrio di autoprotolisi, secondo il quale queste sostanze tendono a perdere un protone tramutandosi nella propria base coniugata e liberando un protone $H^+;$ questo non può esistere libero in soluzione e, come detto in precedenza, si lega all'acqua formando un catione idrossonio. Alcuni esempi sono:

    ${\ce {HSO4^- + H2O <=> SO4^2- + H3O+}}$
    ${\ce {HCO3- + H2O <=> CO3^2- + H3O+}}$

Inoltre, anche gli acidi in soluzione acquosa contengono ioni idrossonio a diverse concentrazioni; proprio da questo valore, esprimibile come $[H_3O^+],$ dipende poi il pH delle sostanze. Gli acidi forti si ionizzano (dissociano) completamente se disciolti in acqua, e - poiché tutte le reazioni chimiche sono di equilibrio - la loro reazione di dissociazione è completamente spostata verso destra. Un esempio è la seguente:

    ${\ce {HCl + H2O -> Cl- + H3O+}}$

Gli acidi che invece sono definiti deboli danno luogo a reazioni di equilibrio di dissociazione in soluzione acquosa con formazione di cationi idrossonio. Ciò è quanto per esempio accade all'aceto, che è essenzialmente una soluzione acquosa diluita di acido acetico:

    ${\ce {CH3COOH + H2O <=> CH3COO- + H3O+}}$

Infine, il catione idrossonio è presente anche nelle soluzioni delle sostanze che non hanno carattere acido, le basi, ma in concentrazioni assolutamente trascurabili, in quanto dev'essere sempre rispettato il valore del prodotto ionico dell'acqua $K_W$ = $[H_3O^+]$ $[OH^-]$ che è pari a $1,0×10^{−14}$ $M^2$ in condizioni standard.

