H3O^+はあるのにH4O^2+はなぜないのか

質問

アンモニアは非共有電子対が１つあるので、水素イオンが１つ配位してアンモニウムイオンになりますよね。
でも水は非共有電子対が２つあるのに、オキソニウムイオン(H3O^+)にしかならい。
これってなぜでしょうか？
専門家の方回答よろしくお願いします。

回答No.1

Kemi33 · ベストアンサー

> 水素イオンが１つ配位してアンモニウムイオンに

　NH3 ＋ H(+) → NH4(+)

　中性の「アンモニア分子（NH3）」に +1 の電荷を持つ「プロトン（H(+)）」がくっついて +1 の電荷を持つ「アンモニウムイオン（NH4(+)）」ができる。

　では，お書きの「H4O(2+)」ができる反応はどんな反応でしょうか。こうなります。

　H2O ＋ H(+) → H3O(+)
　H3O(+) ＋ H(+) → H4O(2+)

　つまり，「水分子（H2O）」に「プロトン（H(+)）」が２個同時にくっつくのではありません。「水分子（H2O）」に「プロトン（H(+)）」がくっついてできた「オキソニウムイオン（H3O(+)）」に「プロトン（H(+)）」がもう１個くっついて「H4O(2+)」になります。

　「NH3」や「H2O」は中性ですので，そこに +1 の電荷を持った「H(+)」が来ても受け入れる事は可能です。

　が，「H3O(+)」は既に +1 の電荷を持っています。+1 の電荷を持ったもの +1 の電荷を持った「H(+)」が近付くのは困難です。＋電荷同士は反発しますから。

　そのため，「H3O(+)」にしかなりません。

お礼

なるほどー！！
すごくわかりました！
すごい納得♪
回答ありがとうございました。
もやもやが解けました。

回答No.2

noname#62864

H4O^2+が存在しないと断定しておられますが、それは確かでしょうか？
No.1のご回答にもありますように、存在したとしても、不安定であろうと考えられますが、特殊な条件下での存在を否定するものではないと思います。

私は専門家ではありませんが、専門家の回答が書かれている論文があるようですので、それを読まれてはいかがですか？

BOLLINGER JC; FAURE R; YVERNAULT T; STAHL D
ON THE EXISTENCE OF THE PROTONATED HYDRONIUM DICATION H4O2+ IN SULFOLANE SOLUTION
CHEMICAL PHYSICS LETTERS 140 (6): 579-581

Protonated Hydronium dication H4O2+. Hydrogen- Deuterium Exchange of D2H17O+ in HF: SbF5 and Theoretical Calculations. George A. Olah, G.K. Surya Prakash, Mario Barzaghi, Koop Lammertsma, Paul v. R. Schleyer and John A. Pople. J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 1032-1035.

お礼

こういう研究をされてる方がいるんですねー。
回答ありがとうございました。