Строго говоря, ионы оксония (гидратированные протоны) H₃O⁺ существуют только в теории. Исследования растворов показали, что в реальных растворах находятся протоны, гидратированные двумя молекулами воды, H₅O₂⁺.
Также вероятен квадруполь H₉O₄⁺.
Причина — образование их более выгодно энергетически (Рэмсден Э. Н. Начала современной химии: Пер. с англ. — Л.: Химия, 1989, с. 277)
По-видимому, образование частиц состава H₄O энергетически невыгодно.
Устойчивостью обладают системы с наименьшей энергией. К электронной паре кислорода мог бы присоединиться только протон (а не атом), поскольку у него имеется свободная орбиталь. И такое скопление положительных зарядов H₄O²⁺ обладало бы большой энергией, следовательно, неустойчиво.