Metánium

A metánium összetett kation, képlete CH+5 (metastabil átmeneti változat, ahol a szénatom kovalensen kötődik 5 hidrogénhez) vagy CH₃H+2 (fluxiós változat, ahol egy szénatom kovalensen kötődik 3 hidrogénatomhoz és egy hidrogénmolekulához), töltése +1. Szupersav és egyike az óniumionoknak, ezen belül is a legegyszerűbb karbóniumion.

Metánium
IUPAC-név	Metánium
Más nevek	karbónium (nem ajánlott a több definíció miatt)[1]
Kémiai azonosítók
PubChem	21881157
SMILES [C+H5]
InChI 1S/CH5/h1H5/q+1
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	Sablon:Chem2
Moláris tömeg	17,05 g/mol
Kristályszerkezet
Molekulaforma	trigonális bipiramis
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

Erősen instabil és reaktív a teljes oktett ellenére, így szupersav.

A metánium laboratóriumban ritka gázként vagy szupersavakban híg oldatként állítható elő. 1950-ben állították elő Viktor Talroze és társa, Anna Konsztantyinovna Ljubimova, a tanulmányt 1952-ben közölték.^[2][3] Kémiai reakciókban köztitermékként fordul elő.

A metániumion a metánról (CH₄) kapta nevét az ammóniumion (NH+4) mintájára.

Szerkezet

A fluxiós metánium tekinthető CH+3 (metil katon dihidrogénkomplexének az üres pályán 3 központú 2 elektronos kötésben: a kötő elektronpárt a H₂ megosztja a két H-atom és a szén közt.^[4]

A hidrogénmolekula két hidrogénatomja a CH+3 ion 3 hidrogénatomjával folyamatosan, alacsony aktivációs energiával, így alacsony hőmérsékleten is helyet cserélhet (pszeudorotáció, egész pontosan a Berry-mechanizmus). Az alapállapotú metániumion így fluxiós molekula.^[5][6]

Infravörös spektroszkópia révén információ szerezhető a különböző metániumkonformációkról.^[7][8][9] A metán IR spektruma két C–H sávval rendelkezik szimmetrikus és aszimmetrikus nyúlással 3000 cm⁻¹-nél és 2 másikkal 1400 cm⁻¹-nél szimmetrikus és aszimmetrikus hajlási vibrációkból. A CH+5 spektruma 3 aszimmetrikus nyúlási vibrációt tartalmaz 2800-3000 cm⁻¹-nél, egy szögváltozásival 1300 cm⁻¹-nél és hajlásival 1100-1300 cm⁻¹-nél.

Előállítás

A metánium metánból állítható elő nagyon erős savakkal, például fluor-antimonsavval (hidrogén-fluoridos (HF) antimon-pentafluorid- (SbF₅-) oldat).^[10]

Nagyjából 270 Pa nyomáson standard hőmérsékleten a metánion (CH+4) reagál a semleges metánnal metániumot és metilgyököt adva:^[11]

${\displaystyle {\ce {CH4+ +CH4 -> CH5+ +CH3}}}$

Stabilitás és reakciók

A metán SbF₅ és HF reakciójával kapott kationokat, például a metániumot stabilizálják a HF-dal való interakciók.

Alacsony nyomáson (1 mmHg körül) és normál hőmérsékleten a metánium nem reagál a semleges metánnal.^[11]

Jegyzetek

1. carbonium ion, IUPAC Compendium of Chemical Terminology (angol nyelven). IUPAC. DOI: 10.1351/goldbook.C00839 (2009). ISBN 978-0-9678550-9-7
2. V. L. Talroze (Тальрозе, В. Л.), A. K. Ljubimova (А. К. Любимова) (1952). „Вторичные процессы в ионном источнике масс-спектрометра” (orosz nyelven). Dokl. Akad. Nauk SSSR 86, 909-912. o.
3. (1998) „Victor Talrose: an appreciation”. Journal of Mass Spectrometry 33 (6), 499–501. o. DOI:<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C 10.1002/(SICI)1096-9888(199806)33:6<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C. ISSN 1076-5174.
4. (2011) „Comparative study of the hypercoordinate carbonium ions and their boron analogs: A challenge for spectroscopists”. Chemical Physics Letters 517 (1–3), 1–8. o. DOI:10.1016/j.cplett.2011.10.020.
5. (1993) „CH+5: The never‐ending story or the final word?”. Journal of Chemical Physics 99 (5), 3716–3720. o. DOI:10.1063/1.466147.
6. (1997) „CH+5: The story goes on. An explicitly correlated coupled-cluster study”. Journal of Chemical Physics 106 (5), 1863. o. DOI:10.1063/1.473340.
7. (1999) „CH+5: The infrared spectrum observed”. Science 284 (5411), 135–137. o. DOI:10.1126/science.284.5411.135. PMID 10102811.
8. (2005) „Understanding the infrared spectrum of bare CH+5”. Science 309 (5738), 1219–1222. o. DOI:10.1126/science.1113729. PMID 15994376.
9. (2006) „Quantum deconstruction of the infrared spectrum of CH+5”. Science 311 (5757), 60–63. o. DOI:10.1126/science.1121166. PMID 16400143.
10. (2000) „Carbenium and carbonium ions in liquid- and solid-superacid-catalyzed activation of small alkanes”. Pure and Applied Chemistry 72 (12), 2309–2318. o. DOI:10.1351/pac200072122309.
11. (1965) „Reactions of gaseous ions. XIV. Mass spectrometric studies of methane at pressures to 2 Torr”. Journal of the American Chemical Society 87 (15), 3289–3294. o. DOI:10.1021/ja01093a001.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Methanium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.