化学では、非公式にはプロトンと呼ばれるハイドロン[ 2 ]は、原子状水素の陽イオン形態であり、記号H +で表される。IUPACが推奨する「ハイドロン」という一般用語は、同位体に関係なく水素の陽イオンを包含する。したがって、プロチウム同位体の場合は陽子(1H + )、重水素同位体の場合は重陽子(2H +またはD +) 、三重水素同位体の場合は三重陽子(3H +またはT +)を総称する。
他のほとんどのイオンとは異なり、ヒドロンは裸の原子核のみから構成される。ヒドロンの負電荷を持つ対応物は水素化物アニオンH⁻である。。
他の条件が同じであれば、容易に水素イオンを供与する化合物(ブレンステッド酸、下記参照)は一般的に極性があり、親水性の溶質であり、相対静電誘電率(誘電定数)の高い溶媒に溶解することが多い。例としては、酢酸(CH₃COOH )やメタンスルホン酸(CH₃SO₃H)などの有機酸が挙げられる。しかし、分子の非極性部分が大きいと、これらの性質が弱まる可能性がある。そのため、アルキル鎖を持つオクタン酸(C₇H₁₅COOH )は、酢酸に比べて親水性がかなり低い。
溶媒和されていない水素原子核(完全に自由な、あるいは「裸の」水素原子核)は、凝縮相(液体または固体)には存在しません。表面電場の強さは半径に反比例するため、小さな原子核は、部分的にイオン化した原子よりも数千倍も強く、近くの電子と相互作用します。
超酸は、その並外れたハイドロン供与能力を「遊離ハイドロン」の存在に負っていると言われることがあるが、そのような記述は誤解を招く。H のような「遊離ハイドロン」の供給源であっても、2 F +超酸フルオロアンチモン酸(HF:SbF 5 )中に存在する超酸性カチオンの1つである遊離H +の脱離それでも数百kcal/molという途方もないエネルギー損失を伴う。これは事実上、溶液中に遊離ヒドロンが存在する可能性を排除する。このため、液体の強酸では、ヒドロンはグロトフス機構として知られる水素結合のネットワークに沿って、ある分子から次の分子へと順次移動することで拡散すると考えられている。[ 3 ]
ヒドロンイオンは、付加反応によってルイス塩基から電子対を分子内に取り込むことができる。
ルイス塩基(L)が捕捉されるため、ヒドロンイオンはルイス酸性を示す。硬軟酸塩基(HSAB)理論によれば、裸のヒドロンは無限に硬いルイス酸である。
ブレンステッド・ローリー酸塩基理論において、ヒドロンは中心的な役割を果たします。反応においてヒドロン供与体として振る舞う種はブレンステッド酸と呼ばれ、ヒドロンを受け取る種はブレンステッド塩基と呼ばれます。以下の一般的な酸塩基反応では、HAが酸であり、B(孤立電子対で示されています)が塩基です。
水素カチオンの水和形態、ヒドロニウム(ヒドロキソニウム)イオンH3 O +(aq)は、アレニウスの酸の定義における重要な対象である。他の水和形態であるツンデルカチオンH5 O + 2は陽子と 2 つの水分子から形成され、固有陽イオンH はヒドロニウムイオンと3つの水分子から形成される9O + 4は、グロトフス機構に従って水溶液中の3 O +(aq)は、水溶液中ではプロトンが非溶媒和種として存在しないことを強調するために入門教科書でよく用いられますが、水中の溶媒和プロトンの複雑な化学種を過度に単純化しているため、やや誤解を招く可能性があります。表記H +(aq) は、関与する水分子の数に関して中立的なまま、水性溶媒和を表すため、しばしば好まれる。
水素の他の同位体は不安定すぎて、化学においては重要ではない。
IUPACは、自然界に存在する同位体混合物に含まれる陽子、重水素、三重水素の同位体を区別しない場合は、「陽子」の代わりに「ハイドロン」という用語を使用することを推奨している。「陽子」という名称は、同位体的に純粋な1 H +を指す。[ 4 ] 一方、水素陰イオンも存在するため、ハイドロンを単に水素イオンと呼ぶことは推奨されない。[ 5 ]
「ハイドロン」という用語は、1988年にIUPACによって定義されました。 [ 6 ] [ 7 ] 従来、「プロトン」という用語は[ 2 ] 、 「ハイドロン」の代わりに用いられてきました。後者の用語は、一般的に、水素の様々な同位体間の比較が重要な文脈(運動学的同位体効果や水素同位体標識など)でのみ使用されます。それ以外の場合、ハイドロンをプロトンと呼ぶことは、例えばプロトン化、脱プロトン化、プロトンポンプ、プロトンチャネルなどの用語において、依然として許容されると考えられています。H+の移動酸塩基反応におけるプロトン移動は、通常プロトン移動と呼ばれます。酸と塩基は、それぞれプロトン供与体とプロトン受容体と呼ばれます。
天然の水素原子核(水素原子核)の99.9844%は陽子であり、残り(海水中の約156個)は重水素(重水素を参照)であるが、ごくまれに天然の三重水素(三重水素を参照)も存在する。
プロトン
という言葉は、
1
H
+
イオンだけでなく、一般的に、そして誤って、自然存在量の H
+
にも使用されています
。多くの文脈では、これによって曖昧さは生じず、この使用法は今後も続く可能性が高いです。