Loading AI tools
катион Из Википедии, свободной энциклопедии
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, H2+.
| Ион гидрида гелия | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Общие | |||
| Хим. формула | HeH+ | ||
| Классификация | |||
| SMILES | |||
| InChI | |||
| ChEBI | 33688 | ||
| ChemSpider | 21106447 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
 Медиафайлы на Викискладе | |||
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].
Гидридогелий(1+) является изоэлектронным с молекулярным водородом[3]. В отличие от H2+, 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]
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]
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]
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+, NH4+, HSO2+, H3O+ и HCO2+[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.
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:
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].
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].
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].
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].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
