Нитроний-ион

Этот ион непосредственно возникает не только при ионизации самой азотной кислоты, но и в реакциях нитрования или в растворах окислов азота в этой кислоте и в других сильных кислотах.

Ранние физические измерения, выполненные известным ученым Ганчем, свидетельствовали об ионизации HNO₃ в серной кислоте:

HNO₃+2H₂SO₄=H₃NO₃²⁺+2HSO₄^-.

Поздние исследования, проведенные Хьюзом, Ингольдом и другими учеными, показали, что предложения Ганча не вполне верно. Так, скорость нитрования бензола возрастает в 1000 раз при переходе от 80%-ных к 90%-ным растворам H₂SO₄. Подобные кинетические данные по нитрованию в растворах серной кислоты, нитрометана, и ледяной уксусной кислоты были объяснены тем, что атакующей частицей является - ион:

Важность ионизации первого типа подтверждается тем, что добавление ионизированных нитратов к реакционной смеси замедляет реакцию. Процесс нитрования можно представить в виде:

Окончательным подтверждением существования ионов нитрония явилось выделением солей нитрония. Соли содержат линейный катион:

Длина связи N-O составляет 110 пм. Выделение солей нитрония происходит следующим образом:

Реакции (1) и (2) представляют собой, в действительности, просто реакции обмена, поскольку N₂O₅ в твердом состоянии и в растворе безводных кислот существуют в виде ионов и . Реакция (3) представляет собой реакцию ангидрида кислоты c основанием .

Соли нитрония кристаллические вещества, термодинамически устойчивы, но химически очень активны. Они быстро гидролизуются влагой воздуха; кроме того, , например, бурно реагирует с органическими веществами, однако в растворе нитробензола его можно использовать для нитрования.

Соединения, содержащие нитроний-ион являются промежуточными соединениями при нитровании ароматических веществ.

С метода молекулярных орбиталей нитроний-ион выглядит так: