プロトン親和力
プロトン親和力(プロトンしんわりょく、proton affinity)とは気相中において分子あるいはイオンにプロトン(水素イオン)付加する場合の親和力であり、エンタルピー変化の数値で表す。電子親和力が電子の付加に対するものであるのに対し、プロトン親和力は陽子の付加に対するエネルギー変化にあたる。
この数値は気相中における物質の塩基としての強度を示すもので、気相中における酸塩基平衡の指標となるものである。
H2(g) ⇄ {\displaystyle \rightleftarrows \ } H(g) + H(g), ΔH = 1675.2 kJ mol
XeH(g) ⇄ {\displaystyle \rightleftarrows \ } H(g) + Xe(g), ΔH = 512.9 kJ mol
これらの平衡は形式的には水溶液中における酸塩基平衡と同様であるが、水和していないことが決定的に異なり、プロトンは水溶液中のオキソニウムイオンとは状態が全く異なる。また比誘電率の高く、かつ溶媒和の影響が著しい溶媒よりなる水溶液中は中性分子が電離しやすい環境であるが、気相中ではこれらの影響がないため中性分子のイオン解離は極めて起こりにくい現象となる。そのため陰イオンに対するプロトン親和力は中性分子に対するものよりも著しく大きくなる。
分子またはイオンに対するプロトン付加は、主に非共有電子対に対して起こるが、水素分子あるいはメタンなど非共有電子対を持たない分子に対してもプロトン付加が起こる。例えば水素分子では3中心2電子系のプロトン化水素分子を生成し、メタンでは超酸中などにおいて5配位のカルボニウムイオンを生成する。そのエンタルピー変化もあわせて示す。
H2(g) + H(g) ⇄ {\displaystyle \rightleftarrows \ } H3(g), ΔH = −423.8 kJ mol
CH4(g) + H(g) ⇄ {\displaystyle \rightleftarrows \ } CH5(g), ΔH = −563.6 kJ mol