氦合氫離子

氦合氫離子，又稱氦氫分子離子，化學式為HeH⁺，是一種帶正電的離子。它首次發現於1925年，通過質子（或氫離子）和氦原子在氣相中反應製得。^[2]氦合氫離子是已知最強的布朗斯特質子酸，質子親和能為177.8 kJ/mol。^[3]有人認為，這種物質可以存在於自然星際物質中。^[4]氦合氫離子是最簡單的異核離子，可以與同核的氫分子離子H₂⁺相比較。與H₂⁺不同的是，它有一個永久的鍵偶極矩，因此更容易表現出光譜特徵。^[5]《自然》雜誌於2019年發表的研究顯示，人類首次在太空中檢測到了氦合氫離子。^[6]

氦合氫離子
系統名 Hydridohelium(1+)[1]
識別
CAS號	17009-49-3  Y
ChemSpider	21106447
SMILES	[HeH+]
Gmelin	2
ChEBI	33688
性質
化學式	HeH+
莫耳質量	5.01054 g·mol⁻¹
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

性質

HHe⁺不能在凝聚相中製備，因為在凝聚態中它會與所有的陰離子、分子或是原子發生作用。它可以使O₂、NH₃、SO₂、H₂O和CO₂質子化，分別形成O₂H⁺、NH+
4、HSO+
2、H₃O⁺和 HCO+
2^[7]。諸如一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、硫化氫、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、甲醇和乙腈等分子也會與之反應，不過產物會因為能量太高而直接分解。^[7]但是，可以用蓋斯定律預測它在水溶液中的酸性：

HHe+(g)	→	H+(g)	+ He(g)	+178 kJ/mol	[3]
HHe+(aq)	→	HHe+(g)		+973 kJ/mol	[8]
H+(g)	→	H+(aq)		– 1530 kJ/mol
He(g)	→	He(aq)		+19 kJ/mol	[9]
HHe+(aq)	→	H+(aq)	+ He(aq)	– 360 kJ/mol

電離過程–360 kJ/mol的自由能變化相當於pK_a為-63。

HeH⁺中共價鍵的長度是0.772Å。^[10]

其他的氦氫化物離子均已知或者已在理論上進行了研究。HeH₂⁺已經能被微波光譜觀測到，^[11]經計算，它的親和能為6 kcal/mol，而HeH₃⁺的親和能為0.1 kcal/mol。^[12]

中性分子

不同於氦合氫離子，氫和氦構成的中性分子在一般情況下很不穩定。但是，它作為一個準分子在激發態時是穩定的，於20世紀80年代中期首次在光譜中觀測到。^[13][14][15]

參考文獻

引用

1. hydridohelium(1+) (CHEBI:33688). Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute. [2012-03-13]. （原始內容存檔於2019-04-19）.
2. T. R. Hogness and E. G. Lunn. The Ionization of Hydrogen by Electron Impact as Interpreted by Positive Ray Analysis. Physical Review. 1925, 26: 44–55. doi:10.1103/PhysRev.26.44.
3. Lias, S. G.; Liebman, J. F.; Levin, R. D. Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules; Heats of Formation of Protonated Molecules. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1984, 13: 695. doi:10.1063/1.555719.
4. J. Fernandez; F. Martin. Photoionization of the HeH⁺ molecular ion. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2007, 40: 2471–2480. doi:10.1088/0953-4075/40/12/020.
5. Coxon, J; Hajigeorgiou, PG. Experimental Born–Oppenheimer Potential for theX1Σ+Ground State of HeH+: Comparison with theAb InitioPotential. Journal of Molecular Spectroscopy. 1999, 193 (2): 306. PMID 9920707. doi:10.1006/jmsp.1998.7740.
6. Stutzki, Jürgen; Risacher, Christophe; Ricken, Oliver; Klein, Bernd; Karl Jacobs; Graf, Urs U.; Menten, Karl M.; Neufeld, David; Wiesemeyer, Helmut. Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH +. Nature. 2019-04, 568 (7752): 357–359 [2019-04-18]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/s41586-019-1090-x. （原始內容存檔於2019-04-18） （英語）.
7. Grandinetti, Felice. Helium chemistry: a survey of the role of the ionic species. International Journal of Mass Spectrometry. October 2004, 237 (2–3): 243–267. Bibcode:2004IJMSp.237..243G. doi:10.1016/j.ijms.2004.07.012.
8. Estimated to be the same as for Li⁺(aq) → Li⁺(g).
9. Estimated from solubility data.
10. Coyne, John P.; Ball, David W. Alpha particle chemistry. On the formation of stable complexes between He2+ and other simple species: implications for atmospheric and interstellar chemistry. Journal of Molecular Modeling. 2009, 15 (1): 37. PMID 18936986. doi:10.1007/s00894-008-0371-3. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
11. Alan Carrington, David I. Gammie, Andrew M. Shaw, Susie M. Taylor and Jeremy M. Hutson. Observation of a microwave spectrum of the long-range He···H₂⁺ complex. Chemical Physics Letters. 1996, 260: 395–405. doi:10.1016/0009-2614(96)00860-3.
12. F.Pauzat and Y. Ellinger Where do noble gases hide in space? 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2007-02-02., Astrochemistry: Recent Successes and Current Challenges, Poster Book IAU Symposium No. 231, 2005 A. J. Markwick-Kemper (ed.)
13. Thomas Möller, Michael Beland, and Georg Zimmerer. Observation of Fluorescence of the HeH Molecule. Phys. Rev. Lett. 1985, 55 (20): 2145–2148. PMID 10032060. doi:10.1103/PhysRevLett.55.2145.
14. Wolfgang Ketterle. Nobel Prizes. （原始內容存檔於2010-12-14）.
15. W. Ketterle, H. Figger, and H. Walther. Emission spectra of bound helium hydride. Phys. Rev. Lett. 1985, 55 (27): 2941–2944. PMID 10032281. doi:10.1103/PhysRevLett.55.2941.

來源

• 除非另外提及，數據取自Weast, R. C. (Ed.) (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62nd Edn.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-8493-0462-8.