Interested Article - Ион гидрида гелия

ainsleigh
  • 2020-06-21
  • 1

Ион гидрида гелия или ион гидридогелия (1+) представляет собой катион ( положительно заряженный ион ) с химической формулой HeH + . Его молекула состоит из атома гелия, связанного с атомом водорода , с одним удалённым электроном . Это самый лёгкий гетероядерный ион, сравнимый с молекулярным ионом водорода , H 2 + .

Впервые ион был получен в лаборатории в 1925 году. Он стабилен в изоляции, но чрезвычайно реактивен и не может быть приготовлен в массе, потому что вступает в реакцию с любой другой молекулой, с которой контактирует. На самом деле это самая сильная из известных кислот . Его появление в межзвёздной среде было предположено с 1970 -х годов , и было окончательно подтверждено в 2019 году .

Физические свойства

Гидридогелий (1+) является изоэлектронным с молекулярным водородом . В отличие от H 2 + , он имеет постоянный дипольный момент , что облегчает его спектроскопическую характеристику. Расчетный дипольный момент HeH + составляет 2,26 или 2,84 D Тем не менее, одна из его наиболее заметных спектральных линий, в 149,14 мкм , совпадает с дублетом спектральных линий, принадлежащих радикалу метилидина ⫶ CH.

Длина ковалентной связи в ионе составляет 0,772 Å .

Нейтральная молекула

В отличие от иона гидрида гелия, нейтральная молекула гидрида гелия не является стабильной в основном состоянии. Тем не менее, она существует в возбужденном состоянии, как эксимер (НеН*), и его спектр впервые был обнаружен в середине 1980-х годов.

Нейтральная молекула является первой записью в базе данных Gmelin.

Химические свойства и реакции

Подготовка

Поскольку HeH + не может храниться в какой-либо пригодной для использования форме, его химический состав должен быть изучен путём формирования его на месте.

Реакции с органическими веществами, например, могут быть изучены путем создания тритиевого производного желаемого органического соединения. Распад трития до 3 Не + с последующим его выделением атома водорода дает 3 НеН + , который затем окружается органическим материалом и, в свою очередь, вступает в реакцию.

Кислотность

HeH + не может быть получен в конденсированной фазе , так как он передаст протон любому аниону , молекуле или атому, с которым он вступит в контакт. Было показано, что он протонирует O 2 , NH 3 , SO 2 , H 2 O и CO 2 , давая O 2 H + , N H 4 + , H S O 2 + , H 3 O + и H C O 2 + . Другие молекулы, такие как оксид азота , диоксид азота , закись азота , сероводород , метан , ацетилен , этилен , этан , метанол и ацетонитрил, реагируют, но распадаются из-за большого количества произведенной энергии.

На самом деле, HeH + является самой сильной из известных кислот с сродством к протону 177,8 кДж / моль. Гипотетическая кислотность воды может быть оценена с использованием закона Гесса :

HeH + ( g ) → H + ( g ) + He( g ) +178 kJ/mol
HeH + ( aq ) → HeH + ( g ) +973 kJ/mol
H + ( g ) → H + ( aq ) −1530 kJ/mol
He( g ) → He( aq ) +19 kJ/mol
HeH + ( aq ) → H + ( aq ) + He( aq ) −360 kJ/mol

Изменение свободной энергии диссоциации −360 кДж/моль эквивалентно a p K a −63.

Другие ионы гелия-водорода

Дополнительные атомы гелия могут присоединяться к HeH + с образованием более крупных кластеров, таких как He 2 H + , He 3 H + , He 4 H + , He 5 H + и He 6 H + .

Катион гидрида дигелия, He 2 H + , образуется в результате реакции катиона дигелия с молекулярным водородом:

He 2 + + H 2 → He 2 H + + H

Это линейный ион с водородом в центре.

Ион гексагелий гидрида, He 6 H + , является особенно стабильным.

Другие ионы гидрида гелия известны или были изучены теоретически. Ион дигидрида гелия или дигидридогелий (1+) НеH 2 + , наблюдался с помощью микроволновой спектроскопии . Он имеет расчетную энергию связи 25,1 кДж / моль, в то время как тригидридогелий (1+) , НеH 3 + , имеет расчётную энергию связи 0,42 кДж/моль .

История

Гидридогелий (1+) был впервые обнаружен косвенно в 1925 году Т. Р. Хогнессом и Э. Г. Ланном. Они впрыскивали протоны с известной энергией в разреженную смесь водорода и гелия, чтобы изучить образование ионов водорода, таких как H + , H 2 + и H 3 + . Они заметили, что H 3 + появился при той же энергии пучка (16 эВ ), что и H 2 + , и его концентрация увеличивается с давлением гораздо больше, чем у двух других ионов. Из этих данных они пришли к выводу, что ионы H 2 + передавали протон молекулам, с которыми они сталкивались, включая гелий .

Уже давно предполагается, что HeH + существует в межзвездной среде . О его первом обнаружении в туманности NGC 7027 было сообщено в статье, опубликованной в журнале Nature в апреле 2019 года.

Нахождение в природе

От распада трития

Ион гидрида гелия образуется при распаде трития в молекуле HT или в молекуле трития T 2 . Хотя она возбуждается отдачей от бета-распада, молекула остается связанной вместе.

Межзвездная среда

Считается, что это первое соединение, которое сформировалось во вселенной, и имеет фундаментальное значение для понимания химии ранней вселенной. Это связано с тем, что водород и гелий были почти единственными типами атомов, образовавшихся в результате нуклеосинтеза Большого взрыва. Звёзды, образованные из первичного материала, должны содержать HeH + , что может повлиять на их формирование и последующую эволюцию. В частности, его сильный дипольный момент делает его важным для непрозрачности звезд с нулевой металличностью . Также считается, что HeH + является важной составляющей атмосферы богатых гелием белых карликов , где он увеличивает непрозрачность газа и заставляет звезду медленнее охлаждаться.

В качестве возможных мест, где может быть обнаружен HeH + , было предложено несколько мест. К ним относятся холодные гелиевые звёзды , H II , и плотные планетарные туманности такие как NGC 7027 .

HeH + может образовываться в охлаждающем газе за диссоциативными ударами в плотных межзвёздных облаках, такими как удары, вызванные звёздными ветрами , сверхновыми и истекающим материалом из молодых звёзд. Если скорость удара превышает 90 км/c, могут быть сформированы количества, достаточно большие для обнаружения. Если обнаружено, выбросы HeH + будут полезными индикаторами шока.

Примечания

  1. ↑ J.; Fernández. Photoionization of the HeH + molecular ion (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2007. — Vol. 40 , no. 12 . — P. 2471—2480 . — doi : . — Bibcode : .
  2. ↑ Jürgen; Stutzki. (англ.) // Nature : journal. — 2019. — April ( vol. 568 , no. 7752 ). — P. 357 . — ISSN . — doi : . 18 апреля 2019 года.
  3. Hogness, T. R. (англ.) // Physical Review : journal. — 1925. — Vol. 26 , no. 1 . — P. 44—55 . — doi : . — Bibcode : .
  4. J.; Coxon. Experimental Born–Oppenheimer Potential for the X 1 Σ + Ground State of HeH + : Comparison with the Ab Initio Potential (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1999. — Vol. 193 , no. 2 . — P. 306—318 . — doi : . — Bibcode : . — .
  5. . Архивировано из 19 апреля 2019 года.
  6. ↑ Elodie A.; Engel. Calculated spectra for HeH + and its effect on the opacity of cool metal-poor stars (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press , 2005. — Vol. 357 , no. 2 . — P. 471—477 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  7. John P.; Coyne. Alpha particle chemistry. On the formation of stable complexes between He 2+ and other simple species: implications for atmospheric and interstellar chemistry (англ.) // Journal of Molecular Modeling : journal. — 2009. — Vol. 15 , no. 1 . — P. 35—40 . — doi : . — .
  8. Thomas; Möller. Observation of Fluorescence of the HeH Molecule (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1985. — Vol. 55 , no. 20 . — P. 2145—2148 . — doi : . — Bibcode : . — .
  9. . Дата обращения: 21 апреля 2019. 14 декабря 2010 года.
  10. W.; Ketterle. Emission spectra of bound helium hydride (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1985. — Vol. 55 , no. 27 . — P. 2941—2944 . — doi : . — Bibcode : . — .
  11. . Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI) . European Bioinformatics Institute. Дата обращения: 21 апреля 2019. 31 января 2022 года.
  12. ↑ Grandinetti, Felice. Helium chemistry: a survey of the role of the ionic species (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2004. — October ( vol. 237 , no. 2—3 ). — P. 243—267 . — doi : . — Bibcode : .
  13. ↑ Lias, S. G. Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules; Heats of Formation of Protonated Molecules (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1984. — Vol. 13 , no. 3 . — P. 695 . — doi : . — Bibcode : .
  14. Alan; Carrington. Observation of a microwave spectrum of the long-range He⋯ complex (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1996. — Vol. 260 , no. 3—4 . — P. 395—405 . — doi : . — Bibcode : .
  15. Astrochemistry: Recent Successes and Current Challenges (англ.) .
  16. T. R.; Hogness. (англ.) // Physical Review : journal. — 1925. — Vol. 26 , no. 1 . — P. 44—55 . — doi : . — Bibcode : .
  17. Safety in Tritium Handling Technology (неопр.) . — doi : .
  18. ↑ Liu, X.-W. An ISO Long Wavelength Spectrometer detection of CH in NGC 7027 and an HeH + upper limit (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press , 1997. — Vol. 290 , no. 4 . — P. L71—L75 . — doi : . — Bibcode : .
  19. Harris, G. J. The Role of HeH + in Cool Helium-rich White Dwarfs (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 2004. — Vol. 617 , no. 2 . — P. L143—L146 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  20. ↑ W.; Roberge. The formation and destruction of HeH + in astrophysical plasmas (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1982. — Vol. 255 . — P. 489—496 . — doi : . — Bibcode : .
  21. David A.; Neufeld. Fast molecular shocks. I – Reformation of molecules behind a dissociative shock (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1989. — Vol. 340 . — P. 869—893 . — doi : . — Bibcode : .

Литература

Ссылки

  • . Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI) . European Bioinformatics Institute.
Источник —

ainsleigh
  • 2020-06-21
  • 1
  • Tags:

Same as Ион гидрида гелия

The title for the last searches