히드론
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1. 개요
히드론은 양성자, 듀테론, 트리톤 등 수소 동위 원소의 양이온을 통칭하는 용어이다. 히드론은 강한 양전하를 띠며 극성 용매에 잘 용해되어 히드로늄 이온을 형성하고, 루이스 산으로 작용하여 다른 분자와 결합한다. 국제순수·응용화학연합(IUPAC)은 동위원소 조성이 명확한 경우에는 '프로톤' 용어를, 불확실하거나 혼합된 경우에는 '히드론' 용어를 사용할 것을 권장한다.
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| 히드론 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 이름 | 히드론 |
| 다른 이름 | 양성자 |
| IUPHAR 리간드 | 2346 |
| CAS 등록번호 | 12408-02-5 |
| UNII | 5046UKT60S |
| 펍켐 CID | 1038 |
| 켐스파이더 ID | 1010 |
| KEGG | C00080 |
| CHEBI | 15378 |
| 스마일즈 표기법 | [H+] |
| 표준 InChI | 1S/p+1 |
| 표준 InChI 키 | GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N |
| 속성 | |
| 몰 질량 | 1.00739 g mol-1 |
| 정확한 질량 | 1.007276466812(90) g mol-1 |
| 엔트로피 | 108.95 J K−1 mol−1 |
2. 히드론의 종류
히드론은 수소 동위 원소의 종류에 따라 다음과 같이 분류된다.
- 프로톤(Proton): 프로튬(1H)의 +1 이온 (기호 p 또는 1H+)
- 듀테론(Deuteron): 듀테륨(2H 또는 D)의 +1 이온 (기호 2H+ 또는 D+)
- 트리톤(Triton): 트리튬(3H 또는 T)의 +1 이온 (기호 3H+ 또는 T+)
다른 수소 동위 원소들은 불안정하여 화학적으로 의미가 없다.
2. 1. 프로톤 (Proton)
기호는 p 또는 1H+이며, 가장 가벼운 수소 동위 원소인 프로튬(1H)의 양이온이다. 수소 원자의 양이온이기도 하다.
2. 2. 듀테론 (Deuteron)
기호는 ²H⁺|듀테론영어 또는 D⁺이며, 중수소(²H 또는 D)의 양이온이다. 중수소는 핵융합 발전의 주요 연료로 사용될 수 있다.[1]2. 3. 트리톤 (Triton)
트리톤(물리학)은 기호 ³H⁺ 또는 T⁺를 가지며, 삼중수소(³H 또는 T)의 +1 이온이다.[1] 삼중수소는 자연 상태에서 극미량 존재하며, 핵융합 반응을 통해 생성될 수 있다. 다른 수소 동위 원소들은 화학에서 관련성이 없을 정도로 불안정하다.[2]- 트리톤 - ³H⁺, T⁺|트리톤영어
3. 히드론의 성질
프로톤은 가장 흔한 동위 원소인 경수소의 양이온을 의미한다. '''히드론'''은 그 동위 원소 조성에 관계없이 양이온을 나타내며, 프로톤(1H+), 듀테론(2H+, D+), 삼중수소(3H+, T+)를 포함한다. 다른 이온과 달리, 히드론은 텅 빈 원자핵만으로 구성된다.
히드론은 반응성이 매우 높아 많은 액체 속에서 존재할 수 없다. 자유 히드론은 액체 속에서 분자와 반응하여 더 복잡한 양이온을 형성하는데, 물 속에서 수소 이온의 수화 형태인 히드로늄 이온(H3O+)이나 가장 강한 초산인 플루오로안티몬산의 불안정한 양이온 H2+가 그 예이다. 이 때문에 액체 속에서 히드론은 복잡한 이온과 접촉하여 그로투스 기구에 의해 확산된다.[9]
존델 양이온(H5O2+)이나 아이겐 양이온(H9O4+)과 같은 다른 수화 형태는 그로투스 기구를 따르는 「수소 호핑」에서 중요한 역할을 담당한다. 히드론 자체는 브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에서 중요하다.
음전하를 갖는 히드론의 상응물은 히드리드(H-)이다.
3. 1. 용질 성질
다른 조건이 같다면, 히드론을 쉽게 내놓는 화합물(브뢴스테드 산)은 일반적으로 극성이며, 친수성 용질이고, 높은 상대 정적 유전율(유전 상수)을 가진 용매에 잘 녹는다. 아세트산(CH3COOH)이나 메탄술폰산(CH3SO3H)과 같은 유기산이 그 예시이다. 그러나 분자 내에서 무극성 부분이 커지면 이러한 성질이 약해질 수 있다. 예를 들어, 옥탄산(C7H15COOH)은 알킬 사슬 때문에 아세트산에 비해 친수성이 상당히 떨어진다.[2]히드론(텅 빈 수소 원자핵)은 반응성이 매우 높아 많은 액체 속에서 존재할 수 없다. 자유 히드론은 액체 속에서 분자와 반응하여 더 복잡한 양이온을 형성한다. 예를 들어, 물 속에서 수소 이온이 수화된 형태인 히드로늄 이온(H3O+)이나 가장 강한 초산인 플루오로안티몬산의 불안정한 양이온 H2+가 있다. 이 때문에 액체 속에서 히드론은 그로투스 메커니즘에 의해 확산된다.[9] 물 속에서 히드로늄 이온은 스반테 아레니우스의 산의 정의에서 핵심적인 역할을 한다.
다른 수화 형태에는 1개의 프로톤과 2개의 물 분자로 구성된 존델 양이온(H5O2+)이나 1개의 프로톤과 3개의 물 분자로 구성된 아이겐 양이온(H9O4+)이 있으며, 그로투스 메커니즘을 따르는 「수소 호핑」에서 중요한 역할을 담당한다. 히드론 자체는 더 일반적인 브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에서 중요하다.
3. 2. 산성도
히드론은 루이스 염기로부터 전자쌍을 받아들여 루이스 산의 특성을 갖는다.[9] 경질/연질 산 염기(HSAB) 이론에 따르면, 순수한 히드론은 무한히 경질인 루이스 산이다.히드론은 브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에서 핵심적인 역할을 한다. 이 반응에서 히드론 공여체는 브뢴스테드 산, 히드론 수용체는 브뢴스테드 염기로 정의된다. 일반적인 산-염기 반응식은 다음과 같다.
:HA + :B → [HB]+ + :A-
(여기서 HA는 산, B는 염기이다.)
수소 양이온의 수화된 형태인 히드로늄 이온((aq))은 아레니우스 산 정의의 핵심 대상이다. 준델 양이온(H5O2+)과 에이젠 양이온(H9O4+)은 그로투스 메커니즘에 따라 수용액을 통해 양성자가 확산하는데 중요한 역할을 한다.[9] H3O+(aq)는 물에서 용매화된 양성자의 복잡한 구성을 지나치게 단순화하므로, H+(aq) 표기법이 더 선호된다.
음전하를 갖는 히드론의 상응물은 히드리드(H-)이다.
4. 용어의 역사
국제순수·응용화학연합(IUPAC)은 "히드론"이라는 용어를 양성자, 중수소, 삼중수소 등 수소 동위 원소의 혼합물에서 이들을 구별하지 않을 때 "양성자" 대신 사용할 것을 권장한다. "양성자"는 동위 원소 순수 H를 지칭한다.[3] 반면, 히드론을 단순히 ''수소 이온''이라고 부르는 것은 수소 음이온이 존재하기 때문에 권장되지 않는다.[4]
"히드론" 용어는 1988년 IUPAC에 의해 정의되었다.[5][6] 전통적으로 "양성자"라는 용어가 "히드론" 대신 사용되었으며,[7] 현재도 사용되고 있다. "히드론"은 동역학적 동위 원소 효과나 수소 동위 원소 표지와 같이 수소 동위 원소를 구별하는 것이 중요한 경우에만 주로 사용된다. 그 외에는 히드론을 양성자로 지칭하는 것이 여전히 허용된다. 예를 들어 양성자화, 탈양성자화, 양성자 펌프, 양성자 통로와 같은 용어가 있다.
'''프로톤'''은 가장 흔한 동위 원소인 경수소의 양이온을 의미한다. '''히드론'''은 동위 원소 조성에 관계없이 양이온을 나타낸다. 따라서 '''프로톤'''(1H+), '''듀테론'''(2H+, D+), '''삼중수소'''(3H+, T+)를 포함한다.
참조
[1]
웹사이트
hydron (CHEBI:15378)
https://www.ebi.ac.u[...]
European Bioinformatics Institute
[2]
웹사이트
Computer modeling of proton-hopping in superacids.
http://www.psc.edu/s[...]
2011-09-27
[3]
간행물
Nomenclature of Inorganic Chemistry-IUPAC Recommendations 2005
https://iupac.org/wp[...]
[4]
서적
Compendium of Chemical Terminology
http://www.iupac.org[...]
Blackwell Science
2005-12-12
[5]
문서
hydron
[6]
학술지
Names for hydrogen atoms, ions, and groups, and for reactions involving them (Recommendations 1988)
http://www.iupac.org[...]
[7]
학술지
Names for hydrogen atoms, ions, and groups, and for reactions involving them (Recommendations 1988)
http://www.iupac.org[...]
[8]
웹사이트
hydron (CHEBI:15378)
https://www.ebi.ac.u[...]
European Bioinformatics Institute
2014-09-05
[9]
웹사이트
Computer modeling of proton-hopping in superacids.
http://www.psc.edu/s[...]
[10]
간행물
Nomenclature of Inorganic Chemistry-IUPAC Recommendations 2005
http://www.iupac.org[...]
[11]
서적
Compendium of Chemical Terminology
http://www.iupac.org[...]
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문서
hydron
[13]
학술지
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http://www.iupac.org[...]
[14]
웹인용
hydron (CHEBI:15378)
https://www.ebi.ac.u[...]
European Bioinformatics Institute
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