Русская Википедия:Ион гидрида гелия
Шаблон:Вещество 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, Шаблон:Химическая формула.
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[1], и было окончательно подтверждено в 2019 году[2].
Физические свойства
Гидридогелий (1+) является изоэлектронным с молекулярным водородом[3]. В отличие от Шаблон:Химическая формула, он имеет постоянный дипольный момент, что облегчает его спектроскопическую характеристику.[4] Расчетный дипольный момент HeH+ составляет 2,26 или 2,84 D[5] Тем не менее, одна из его наиболее заметных спектральных линий, в 149,14 мкм, совпадает с дублетом спектральных линий, принадлежащих радикалу метилидина ⫶CH.[6]
Длина ковалентной связи в ионе составляет 0,772 Å.[7]
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.[8][9][10]
Нейтральная молекула является первой записью в базе данных Gmelin.[11]
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 3Не+ с последующим его выделением атома водорода дает 3НеН+, который затем окружается органическим материалом и, в свою очередь, вступает в реакцию.[12]
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 O2, NH3, SO2, H2O и CO2, давая O2H+, Шаблон:Химическая формула, Шаблон:Химическая формула, H3O+ и Шаблон:Химическая формула[12]. 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.[12]
На самом деле, HeH+ является самой сильной из известных кислот с сродством к протону 177,8 кДж / моль.[13] Гипотетическая кислотность воды может быть оценена с использованием закона Гесса:
HeH+(g) → H+(g) + He(g) +178 kJ/mol [13] 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 pKa −63.
Другие ионы гелия-водорода
Дополнительные атомы гелия могут присоединяться к HeH + с образованием более крупных кластеров, таких как He2H+, He3H+, He4H+, He5H+ и He6H+.[12]
Катион гидрида дигелия, He2H+, образуется в результате реакции катиона дигелия с молекулярным водородом:
- He2+ + H2 → He2H+ + H
Это линейный ион с водородом в центре.[12]
Ион гексагелий гидрида, He6H+, является особенно стабильным.[12]
Другие ионы гидрида гелия известны или были изучены теоретически. Ион дигидрида гелия или дигидридогелий (1+) НеH2+, наблюдался с помощью микроволновой спектроскопии[14]. Он имеет расчетную энергию связи 25,1 кДж / моль, в то время как тригидридогелий (1+), НеH3+, имеет расчётную энергию связи 0,42 кДж/моль[15].
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+, H2+ и H3+. Они заметили, что H3+ появился при той же энергии пучка (16 эВ), что и H2+, и его концентрация увеличивается с давлением гораздо больше, чем у двух других ионов. Из этих данных они пришли к выводу, что ионы H2+ передавали протон молекулам, с которыми они сталкивались, включая гелий[16].
Уже давно предполагается, что HeH+ существует в межзвездной среде.[1] О его первом обнаружении в туманности NGC 7027 было сообщено в статье, опубликованной в журнале Nature в апреле 2019 года.[2]
Нахождение в природе
От распада трития
Ион гидрида гелия образуется при распаде трития в молекуле HT или в молекуле трития T2. Хотя она возбуждается отдачей от бета-распада, молекула остается связанной вместе.[17]
Межзвездная среда
Считается, что это первое соединение, которое сформировалось во вселенной,[6] и имеет фундаментальное значение для понимания химии ранней вселенной.[18] 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.[6] Также считается, что HeH+ является важной составляющей атмосферы богатых гелием белых карликов, где он увеличивает непрозрачность газа и заставляет звезду медленнее охлаждаться.[19]
В качестве возможных мест, где может быть обнаружен HeH+, было предложено несколько мест. К ним относятся холодные гелиевые звёзды,[6] H II,[20] и плотные планетарные туманности[20] такие как NGC 7027.[18]
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.[21]
Примечания
Литература
Ссылки
- ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Статья
- ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 Шаблон:Статья
- ↑ 13,0 13,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 18,0 18,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 20,0 20,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья