протонирование кислорода

[shvalbe]

Всем добрый день, возник такой вопрос. Известно, что на атоме кислорода находится две несвязанные электронные пары, которые по идее должны быть равны по энергии; однако при протонировании кислородсодержащих соединений (спирты, кетоны и пр.) в донорно-акцепторном механизме участвует только одна эл. пара кислорода, две никогда не видел. Почему?

[Агдамыч]

И не увидите. Потому что, если Вы заняли одну пару, то это уже не кислород, который с двумя парами.

[shvalbe]

Логично - это кислород, который с одной парой и положительным зарядом. И почему вторая пара кислорода не может быть занята вторым протоном?

[Любитель_Манниха]

Ну, кислород типа электроны любит, ближе к телу их хочет держать, тут и так катион образовал, понимаешь... Вы хотите заиметь дикатион с двумя плюсами на кислороде? Думаете, просто так при протонировании спиртов отваливается вода, а при протонировании карбонила- в итоге получаем >C⁺-OH? Щас придуд физхимики и про энергии что-нибудь скажут

[shvalbe]

Думаете, просто так при протонировании спиртов отваливается вода, а при протонировании карбонила- в итоге получаем >C⁺-OH?

Думаю, не просто так - а вот причину и хотелось бы выяснить... хотя с электронными парами небольшой вопрос, формально там n(сигма) и n(пи)... но после гибридизации, к которой кислород очень склонен, там все-таки скорее 2xsp3, равных по энергии. Разве что после протонирования происходит вырождение второй пары и разность энергий оказывается уже слишком большой для образования второй О-Н связи.

[ИСН]

Плюс к плюсу - это было бы слишком.

[SkydiVAR]

Коллеги, я бы хотел понять, что же имеется в виду. Начнем с того, что представление о водородной связи, как о донорно-акцепторной несколько примитивно - правильнее говорить об образовании двухэлектронной трехцентровой связи (по крайней мере, меня учили именно так, хотя подробности уже стерлись из склероза). Кроме того, если речь идет о ионе оксония Н₃О⁺ и о том, что ионов "оксадиония" Н₄О²⁺ никто не видел - готов согласиться с предыдущими ораторами. Однако, во всех школьных учебниках написано, что жидкая вода за счет водородных связей имеет не линейную структуру, а сетчатую - в которой каждая молекула воды связана с окружающими двумя водородными связями, образованными за счет неподеленных орбиталей кислорода и двумя - за счет двух протонов. Итого - с четырьмя соседними молекулами воды. Что не так в моем представлении о воде?

[Marxist]

Что не так в моем представлении о воде?

Не думаю, что там все длины связей будт одинаковы, чтоб можно было считать эту связь двухэлектронной трёхцентровой. Скорее там будет какое-то динамическое равновесие.

[Droog_Andrey]

Ну можно начать с того, что катион гидроксония изоэлектронен молекуле аммиака, и по идее должен быть способен захавать протон. Однако за счёт высокой плотности положительного заряда этот процесс в газовой фазе оказывается энергетически невыгодным (на 2.4 эВ). Впрочем, энергия активации распада дикатиона достаточно высока для того, чтобы он мог существовать, скажем, в межзвёздном пространстве.

В присутствии же других молекул воды оказывается очень легко скинуть им этот протон. Поэтому частицы OH₄²⁺ если и появляются в растворе, то на очень короткое время и очень редко, и средняя их концентрация даже при очень низком pH будет очень низка. Можно, кстати, посчитать и среднее время жизни, и эту концентрацию, скажем, в 1M HClO₄ при стандартных условиях. Если тему развить, получится неплохой курсач по физхимии.