Войти
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Систематическое название IUPAC Гидридогелий (1+) | |
| Идентификаторы | |
| 3D-модель (JSmol ) | |
| ChEBI |
|
| ChemSpider | |
| Ссылка Гмелина | 2 |
InChI
| |
УЛЫБКА
| |
| Свойства | |
| Химическая формула | HeH. |
| Молярная масса | 5,0 · 1054 г · моль |
| Основание конъюгата | Гелий |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Справочная информация | |
ион гидрида гелия или ион гидридогелия (1+) или гелоний представляет собой катион (положительно заряженный ион ) с химической формулой HeH. Он состоит из гелия атом , связанный с атомом водорода, с удаленным одним электроном. Его также можно рассматривать как протонированный гелий. Это самый легкий гетероядерный ион, и считается, что это первое соединение, образовавшееся во Вселенной после Большого взрыва.
Ион впервые был получен в лаборатории в 1925. Он стабилен изолированно, но чрезвычайно реактивен и не может быть получен в массе, потому что он будет реагировать с любой другой молекулой, с которой он вступает в контакт. Известная как самая сильная из известных кислоты, ее появление в межзвездной среде предполагалось с 1970-х годов, и наконец она была обнаружена в апреле 2019 года с помощью бортового телескопа SOFIA <232.>Содержание
Ион водорода гелия изоэлектронен с молекулярным водородом (H. 2).
В отличие от дигидро-иона H. 2, ион гидрида гелия имеет постоянный дипольный момент, который создает s его спектроскопическая характеристика легче. Расчетный дипольный момент HeH составляет 2,26 или 2,84 D. Электронная плотность в ионе выше вокруг ядра гелия, чем в водороде. 80% заряда электрона ближе к ядру гелия, чем к ядру водорода.
Спектроскопическое обнаружение затруднено, поскольку одна из его наиболее заметных спектральных линий на 149,14 мкм совпадает с дублет спектральных линий, принадлежащих метилидиновому радикалу ⫶CH.
Длина ковалентной связи в ионе составляет 0,772 Å.
Ион гидрида гелия имеет шесть относительно стабильных изотопологов, которые различаются изотопами двух элементов и, следовательно, общим атомным массовым числом (A) и общее количество нейтронов (N) в двух ядрах:
Все они имеют три протона и два электрона. Первые три образуются в результате радиоактивного распада трития в молекулах HT = 1. H3. H, DT = 2. H3. H и T. 2 = 3. H. 2 соответственно. Последние три могут быть получены путем ионизации соответствующего изотополога H 6 2 в присутствии гелия-4.
Следующие изотопологи иона гидрида гелия, иона дигидрогена H +. 2, и иона триводорода H +. 3 имеют одинаковое общее атомное массовое число A:
Однако массы в каждой строке выше не равны, поскольку энергии связи в ядрах различны.
В отличие от гидрида гелия иона нейтральная молекула гидрида гелия HeH не стабильна в основном состоянии. Однако он действительно существует в возбужденном состоянии как эксимер (HeH *), и его спектр впервые был обнаружен в середине 1980-х годов.
Нейтральная молекула - первая запись в База данных Гмелина.
Поскольку HeH не может храниться в какой-либо пригодной для использования форме, его химический состав должен быть изучен путем образования in situ.
Например, реакции с органическими веществами могут быть изучены путем создания тритиевого производного желаемого органического соединения. Распад трития до He с последующим извлечением им атома водорода дает HeH, который затем окружается органическим материалом и, в свою очередь, вступает в реакцию.
HeH нельзя получить в конденсированная фаза, поскольку она передает протон любому аниону, молекуле или атому, с которыми она вступает в контакт. Было показано, что он протонирует O2, NH3, SO2, H2O и CO2, давая O2H, NH. 4, HSO. 2, H3O и HCO. 2соответственно. Другие молекулы, такие как оксид азота, диоксид азота, оксид азота, сероводород, метан, ацетилен, этилен, этан, метанол и ацетонитрил реагируют, но распадаются из-за большого количества выделяемой энергии.
Фактически, HeH является самой сильной из известных кислот с сродством к протону 7, равным 177,8 кДж / моль. Гипотетическая кислотность воды может быть оценена с помощью закона Гесса :
| HeH (г) | → | H (г) | + He (г) | +178 кДж / моль | |
| HeH (водн.) | → | HeH (г) | +973 кДж / моль | (a) | |
| H (г) | → | H (водн.) | -1530 кДж / моль | ||
| He (г) | → | He (водн.) | +19 кДж / моль | (b) | |
| HeH (водн.) | → | H (водн.) | + He (водн.) | -360 кДж / моль |
(a) Оценка такая же, как для Li (водн.) → Li (г).. (b) Оценка по данным растворимости.
A свободная энергия изменение диссоциации на -360 кДж / моль эквивалентно pKa -63 при 298 К.
Дополнительный гелий атомы могут присоединяться к HeH с образованием более крупных кластеров, таких как He 2 H, He 3 H, He 4 H, He 5 H и He 6H.
Катион гидрида дигелия, He 2 H, образуется в результате реакции катиона дигелия с молекулярным водородом:
Это линейный ион с водородом в центре.
Ион гидрида гексагелия, He 6 H, особенно стабилен.
Другие ионы гидрида гелия известны или были изучены теоретически. Ион дигидрида гелия, или дигидридогелий (1+), HeH. 2, наблюдали с помощью микроволновой спектроскопии. Он имеет расчетную энергию связи 25,1 кДж / моль, тогда как тригидридогелий (1+), HeH. 3имеет расчетную энергию связи 0,42 кДж / моль.
Гидридогелий (1+), в частности [4. He1. H], был впервые косвенно обнаружен в 1925 г. Т. Р. Хогнессом и Э. Г. Ланном. Они вводили протоны известной энергии в разреженную смесь водорода и гелия, чтобы изучить образование ионов водорода, таких как H., H. 2и H. 3. Они наблюдали, что H. 3появляется при той же энергии пучка (16 эВ ), что и H. 2, и его концентрация увеличивается с давлением намного больше, чем у двух других ионов. На основании этих данных они пришли к выводу, что ионы H. 2передают протон молекулам, с которыми они столкнулись, включая гелий.
В 1933 году К. Бейнбридж использовал масс-спектрометрию для сравнения массы ионов [4. He1. H] (ион гидрида гелия) и [2. H. 21. H] (дважды дейтерированный ион триводорода), чтобы получить точное измерение атомной массы дейтерия относительно к гелию. Оба иона имеют 3 протона, 2 нейтрона и 2 электрона. Он также сравнил [4. He2. H] (ион дейтерида гелия) с [2. H. 3] (ион тридейтерия), оба с 3 протонами и 3 нейтронами.
Первая попытка вычислить структуру иона HeH (в частности, [4. He1. H]) с помощью квантовой теории была сделана Дж. Бичем в 1936 году. Усовершенствованные вычисления. время от времени публиковались в течение следующих десятилетий.
H. В 1955 году Шварц заметил, что при распаде молекулы трития T. 2 = 3. H. 2 с большой вероятностью должен образовываться ион гидрида гелия [3. HeT].
В 1963 году Ф. Какас из Римского университета Сапиенца разработал технику распада для получения и изучения органических радикалов и ионов карбения. В одном из вариантов этого метода экзотические частицы, такие как катион метония, образуются в результате реакции органических соединений с [3. HeT], который образуется при распаде T. 2, который смешивается с желаемыми реагентами. Многое из того, что мы знаем о химии [HeH], было получено с помощью этой техники.
В 1980 году В. Любимов (Любимов) в ИТЭФ лаборатория в Москве заявила, что обнаружила умеренно значительную массу покоя (30 ± 16) эВ для нейтрино путем анализа энергетического спектра β-распада трития. Заявление было оспорено, и несколько других групп намеревались проверить его, изучив распад молекулярного трития T. 2. Было известно, что часть энергии, высвобождаемой в результате этого распада, будет направлена на возбуждение продуктов распада, включая [3. HeT]; и это явление могло быть серьезным источником ошибок в этом эксперименте. Это наблюдение мотивировало многочисленные попытки точно вычислить ожидаемые энергетические состояния этого иона, чтобы уменьшить неопределенность этих измерений. С тех пор многие улучшили вычисления, и теперь наблюдается довольно хорошее согласие между расчетными и экспериментальными свойствами; в том числе для изотопологов [4. He2. H], [3. He1. H] и [3. He2. H].
В 1956 г. М. Кантуэлл теоретически предсказал, что спектр колебаний этого иона должен наблюдаться в инфракрасном диапазоне; и спектры дейтерия и обычных изотопологов водорода ([3. HeD] и [3. He1. H]) должны лежать ближе к видимому свету и, следовательно, их легче наблюдать. Первое обнаружение спектра [4. He1. H] было сделано Д. Толливером и другими в 1979 году при волновых числах между 1700 и 1900 см. В 1982 году П. Бернат и Т. Амано обнаружили девять инфракрасных линий между 2164 и 3158 волнами на см.
Долгое время предполагалось, что HeH существует в межзвездная среда. О его первом обнаружении в туманности NGC 7027 было сообщено в статье, опубликованной в журнале Nature в апреле 2019 года.
Ион гидрида гелия образуется при распаде трития в молекуле HT или молекулы трития T 2. Несмотря на то, что молекула возбуждена отдачей от бета-распада, она остается связанной.
Считается, что это первое соединение, образовавшееся во Вселенной, и имеющее фундаментальное значение в понимании химии ранней Вселенной. Это потому, что водород и гелий были почти единственными типами атомов, образовавшихся в нуклеосинтезе Большого взрыва. Звезды, сформированные из первичного материала, должны содержать HeH, который может влиять на их формирование и последующую эволюцию. В частности, его сильный дипольный момент делает его подходящим для непрозрачности звезд с нулевой металличностью. HeH также считается важным компонентом атмосферы богатых гелием белых карликов, где он увеличивает непрозрачность газа и вызывает более медленное охлаждение звезды.
HeH может образовываться в охлаждающем газе. позади диссоциативных толчков в плотных межзвездных облаках, таких как толчки, вызванные звездным ветром, сверхновыми и истекающим веществом молодых звезд. Если скорость толчка превышает примерно 90 километров в секунду (56 миль / с), могут образоваться количества, достаточно большие для обнаружения. В случае обнаружения выбросы HeH могли бы стать полезными индикаторами удара.
Было предложено несколько мест в качестве возможных мест, где HeH мог бы быть обнаружен. К ним относятся холодные гелиевые звезды, области H II и плотные планетарные туманности, такие как NGC 7027, где в апреле 2019 года HeH сообщалось, что он был обнаружен.
