Молекулярный ион водорода — простейший двухатомный ион H ₂ ⁺ , образуется при ионизации молекулы водорода . В молекулярном ионе H ₂ ⁺ образуется одноэлектронная химическая связь с расстоянием d _HH = 1,07 Å . Одноэлектронная связь менее прочна (энергия разрыва 61 ккал / моль ), чем обычная двухэлектронная связь в нейтральной молекуле водорода (d _HH =0,74Å, энергия разрыва 104 ккал/моль) . Расчеты зависимостей полной энергии и её компонент от межъядерного расстояния для простейшей структуры с химической связью — молекулярного иона водорода H ₂ ⁺ с одноэлектронной связью — показывают, что минимум полной энергии, который достигается при равновесном межъядерном расстоянии, равном 1,06Å, связан с резким понижением потенциальной энергии электрона вследствие концентрации и сжатия облака электронной плотности в межъядерной области .

Можно представить образование иона H ₂ ⁺ как результат реакции атома водорода и протона :

${\displaystyle {\mathsf {H+H^{+}\rightarrow H_{2}^{+}+61\ kcal}}}$

или ионизацию молекулы водорода

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}+357\ kcal\rightarrow H_{2}^{+}+e^{-}}}}$

Также молекулярным ионом водорода можно считать молекулу H ₃ ⁺ , которая сравнительно устойчива и образуется по схеме

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}+H^{+}\rightarrow H_{3}^{+}+70\ kcal}}}$

или по бимолекулярной реакции через возбуждённый ион водорода H ₄ ⁺ .

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}^{+}+H_{2}\rightarrow [H_{4}^{+}]^{*}\rightarrow H_{3}^{+}+H+1,1\ eV}}}$

Молекулярный ион водорода H ₂ ⁺ содержит два протона, заряженных положительно, и один электрон , заряженный отрицательно. Единственный электрон компенсирует электростатическое отталкивание двух протонов и удерживает их на расстоянии d _{H H} = 1,06 Å. Центр электронной плотности электронного облака (орбитали) равноудалён от обоих протонов на боровский радиус α ₀ = 0,53 Å и является центром симметрии молекулярного иона водорода H ₂ ⁺

Молекулярный ион водорода H ₃ ⁺ содержит три протона и два электрона. Электростатическое отталкивание трёх протонов компенсируется двумя электронами. Методом кулоновского взрыва показано, что протоны молекулярного иона водорода H ₃ ⁺ находятся в вершинах равностороннего треугольника с межъядерным расстоянием 1,25 ± 0,2Å . Точного решения волнового уравнения Шрёдингера , описывающего поведение электронов для систем, содержащих два электрона, не существует. Широко используемая приближённая теория молекулярных орбиталей не учитывает кулоновскую электронную корреляцию — электростатическое отталкивание электронов. Можно считать, что при учёте кулоновской электронной корреляции центры электронной плотности электронов будут равноудалены друг от друга, а также равноудалены от ядер молекулярного иона водорода H ₃ ⁺ . В центре молекулярного графа H ₃ ⁺ существует «кулоновская дыра». В молекулярном ионе H ₃ ⁺ реализуется двухэлектронная трёхцентровая химическая связь .

Ссылки

См. также

• Электронная плотность
• Одноэлектронная химическая связь
• Двухэлектронная трёхцентровая химическая связь
• W-функция Ламберта
• Молекула водорода

Примечания