[科普中国]-水合质子

水合质子指的是氢原子在失去电子后，剩余由1个质子构成的核，即氢离子。氢离子是“裸露”的质子，半径很小，易被水分子吸引生成水合质子，通常用H3O+表示，所以水的电离可以用以下方程式表示2H2O=H3O+ +OH-。

简介水合质子也称水合氢离子，指的是氢原子在失去电子后，剩余由1个质子构成的核，即氢离子，氢离子是“裸露”的质子，半径很小，易被水分子吸引生成水合质子，通常用H3O+表示，所以水的电离可以用以下方程式表示2H2O=H3O+ +OH-。1

形成原理水（H2O）的中心元素是O，O的最外层有6个电子，其中有一对在2s轨道，四个电子在2p轨道（其中一对电子在2px轨道，剩下两个分别在2py和2pz），这里面2py,2pz的那两个电子分别与氢成键，剩下一对电子空余。水合质子H3O+中，就是有一个H+与空余的2px轨道中的电子对成键所构成的(这里面氢核周围没有电子，氧把两个电子都给H，形成配位键)，但不改变原来的sp3杂化。1

实质上，水合质子更实质的存在是H9O4+，即四个水分子的氧原子与一个质子形成配位键。1

结构水合质子的结构问题一直是分析界的一大难题，质子在水中的状态，并不是一般认为是H3O+的结构或者H5O2+的结构，X射线衍射结果表明，存在的氢键并不是传统意义上的O——H···O，而是O···H···O，后者拥有更短的O···O间距和更低的势垒，使得质子可以轻易的在两侧势井中移动，中间势垒低，加上质子具有类似于电子透射势垒的运动，使得质子被束缚在两个氧之间，但是却是非定域的。2

由于它是堆成结构，中间势垒低，在低振动态的情况下，分子就可以越过势垒，就会有很高的透射率。因此常温下存在这种结构是可能的。

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学