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氬氫離子

十月 31, 2023

氬氫離子是一種陽離子，由氫正離子及氬原子組成。它能以放電製成，同時亦是第一種在星際空間發現的稀有氣體多原子離子（或分子）。[1]

氬氫離子
识别
CAS号 12254-68-1  
SMILES
 
  • [ArH+]
InChI
 
  • 1S/ArH/h1H/q+1
InChIKey TVQSUVFYDVJWLI-UHFFFAOYSA-N
Gmelin 2
性质
化学式 ArH+
摩尔质量 40.956 g·mol⁻¹
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

簡介 编辑

詹姆斯·布勞爾特及薩姆納·戴維斯於基特峰國家天文台以麥克梅斯-皮爾斯太陽望遠鏡進行傅立葉變換光譜攝像得到其紅外線振動旋轉譜帶。[2]約翰·約翰斯亦觀測到其譜帶。[3]

氬氫離子存在於星際間瀰散的氫原子雲中，作為生成的條件氫分子的佔比須處於0.0001至0.001之間，由於其佔比會影響到不同離子的生成。當36Ar1H+進行旋轉躍遷時，便可探測到617.525 GHz (J = 1→0)及1234.602 GHz (J = 2→1)的吸收線。這在SgrB2(M)及SgrB2(N)：G34.26+0.15、W31（英语：Westerhout 31）(C)：G10.62−0.39、W49(N)、W51(E)等中心可得，因為氬氫離子位於微波的放射源前。[4]

而在蟹狀星雲可得到其發射線，顯示氬氫離子存在於其多個部分，當中最密集的是在其南部的纖維狀結構。[5]這亦是Ar+及Ar2+離子最密集的地方。[5]氬氫離子在蟹狀星雲的柱密度介乎每立方厘米有1012至1013顆。[5]相信其進入激發態的能量來自電子與氫分子的撞擊。[5]而接近銀心的柱密度約為2×1013 cm−2。[4]

36ArH+及38ArH+離子已知存在於75億光年外的未命名星系中，其z = 0.88582，與耀變體PKS 1830−211同一視點。[6]

氬能促進氚分子與脂肪酸的雙鍵，當中會產生一種過渡物ArT+。[7]當以氬-氫等離子體濺鍍於金上，對其造成的位移亦是由於氬氫離子。[8]

性質 编辑

氬氫離子與氯化氫為等電子體，基態的鍵偶極矩為2.18D。[6]其結合能則為369 kJ mol−1[4]（2.9 eV[5]），比許多鎓離子要小，但比氫分子離子大。[6]鍵力常數為.88 mdyne/Å2。[9]

其不同振動態的壽命取決於當中的同位素，而大致上更高能量的振動態壽命更短。

壽命（毫秒）[10]
v ArH+ ArD+
1 2.28 9.09
2 1.20 4.71
3 0.85 3.27
4 0.64 2.55
5 0.46 2.11

反應 编辑

氬氫離子可能有以下反應：

ArH+ + H2 → Ar + H+
3[4]
ArH+ + C → Ar + CH+
ArH+ + N → Ar + NH+
ArH+ + O → Ar + OH+
ArH+ + CO → Ar + COH+[4]

亦可在以下反應生成：

Ar + H+
2 → ArH+ + H.[4]
Ar + H+
3 → *ArH+ + H2[4]


Ar+ + H2在低能量時的截面為10−18 m2，而當能量超過100 eV時的截面則會大幅下降。[11]

Ar + H+
2在其離子為低能量時的截面為6×10−19 m2，但若能量超過10 eV時收率會下降，相對的是更多Ar+ + H2會產生。[11]

當能量在0.75至1 eV之間，Ar + H+
3的截面為5×10−20 m2並有最大的氬氫離子收率，而反應的過程需要0.6 eV能量。能量高於4 eV時Ar+ + H開始產生。[11]


氬氫離子亦可從Ar+生成，後者可由氬原子受到宇宙線及X射線下產生：

Ar+ + H2 → *ArH+ + H[4]（1.49 eV[5]）

當它遇到電子時可能會解離重合，但若該電子能量低則此反應極為緩慢，使它的壽命比許多相似的鎓離子更長。若氫分子濃度低於10−4，解離反應會超過其形成。[12]

ArH+ + e− → Ar + H[4]

由於氬原子的電離能比氫分子更低，它會與氫分子反應；而氦和氖原子則更高，它們會從氫分子取走電子。

Ar+ + H2 → ArH+ + H[4]
Ne+ + H2 → Ne + H+ + H（電荷轉移解離）[4]
He+ + H2 → He + H+ + H[4]

光譜 编辑

氬氫離子可藉對氬及氫的混合物放電製備。[13]詹姆斯·布勞爾特及薩姆納·戴維斯首次於紅外線光譜觀測到其振動旋轉譜帶。[13]

人工製備的氬氫離子所含的大部分為40Ar原子，而宇宙中多數為其同位素36Ar。

40Ar1H+的遠紅外線光譜[13] 36Ar 38Ar[6]
躍遷 測得頻率
J GHz
1←0 615.8584 617.525 615.85815
2←1 1231.2712 1234.602
3←2 1845.7937
4←3 2458.9819
5←4 3080.3921
6←5 3679.5835
7←6 4286.1150
21←20 12258.483
22←21 12774.366
23←22 13281.119

在紫外線光譜亦有兩條吸收線，其躍遷會使得離子斷鍵。以11.2 eV躍遷至B1Π電子態的躍遷偶極矩頗小，較難觀察到。以15.8 eV躍遷至A1Σ+推斥態的話其波長小於萊曼極限，宇宙中很少光子造成此躍遷。[4]

另見 编辑

參考 编辑

  1. ^ Quenqua, Douglas. Noble Molecules Found in Space. The New York Times. 2013-12-13 [2016-09-26]. （原始内容于2017-04-22）. 
  2. ^ Brault, James W; Davis, Sumner P. Fundamental Vibration-Rotation Bands and Molecular Constants for the ArH+ Ground State (1Σ+ ). Physica Scripta. 1982-02-01, 25 (2): 268–271. Bibcode:1982PhyS...25..268B. doi:10.1088/0031-8949/25/2/004. 
  3. ^ Johns, J.W.C. Spectra of the protonated rare gases. Journal of Molecular Spectroscopy. 1984-07, 106 (1): 124–133. Bibcode:1984JMoSp.106..124J. doi:10.1016/0022-2852(84)90087-0. 
  4. ^ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 Schilke, P.; Neufeld, D. A.; Müller, H. S. P.; Comito, C.; Bergin, E. A.; Lis, D. C.; Gerin, M.; Black, J. H.; Wolfire, M.; Indriolo, N.; Pearson, J. C.; Menten, K. M.; Winkel, B.; Sánchez-Monge, Á.; Möller, T.; Godard, B.; Falgarone, E. Ubiquitous argonium (ArH+) in the diffuse interstellar medium: A molecular tracer of almost purely atomic gas. Astronomy & Astrophysics. 2014-06-04, 566: A29. Bibcode:2014A&A...566A..29S. arXiv:1403.7902  . doi:10.1051/0004-6361/201423727. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Barlow, M. J.; Swinyard, B. M.; Owen, P. J.; Cernicharo, J.; Gomez, H. L.; Ivison, R. J.; Krause, O.; Lim, T. L.; Matsuura, M.; Miller, S.; Olofsson, G.; Polehampton, E. T. Detection of a Noble Gas Molecular Ion, 36ArH+, in the Crab Nebula. Science. 2013-12-12, 342 (6164): 1343–1345. Bibcode:2013Sci...342.1343B. PMID 24337290. arXiv:1312.4843  . doi:10.1126/science.1243582. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Müller, Holger S. P.; Muller, Sébastien; Schilke, Peter; Bergin, Edwin A.; Black, John H.; Gerin, Maryvonne; Lis, Dariusz C.; Neufeld, David A.; Suri, Sümeyye. Detection of extragalactic argonium, ArH+, toward PKS 1830−211. Astronomy & Astrophysics. 2015-10-07, 582: L4. Bibcode:2015A&A...582L...4M. arXiv:1509.06917  . doi:10.1051/0004-6361/201527254. 
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  8. ^ Jiménez-Redondo, Miguel; Cueto, Maite; Doménech, José Luis; Tanarro, Isabel; Herrero, Víctor J. Ion kinetics in Ar/H2 cold plasmas: the relevance of ArH+ (PDF). RSC Advances. 2014-11-03, 4 (107): 62030–62041 [2019-11-19]. ISSN 2046-2069. PMC 4685740  . PMID 26702354. doi:10.1039/C4RA13102A. （原始内容 (PDF)于2017-08-21）. 
  9. ^ Fortenberry, Ryan C. Quantum astrochemical spectroscopy. International Journal of Quantum Chemistry. 2016-06, 117 (2): 81–91. doi:10.1002/qua.25180. 
  10. ^ Pavel Rosmus. Molecular Constants for the 1Σ+ Ground State of the ArH+ Ion. Theoretica Chimica Acta. 1979, 51: 359–363. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Phelps, A. V. Collisions of H+, H+
    2    , H+
    3    , ArH+, H−, H, and H2 with Ar and of Ar+ and ArH+ with H2 for Energies from 0.1 eV to 10 keV. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1992, 21 (4).     
  12. ^ David A. Neufeld; Mark G. Wolfire. The chemistry of interstellar argonium and other probes of the molecular fraction in diffuse clouds. The Astrophysical Journal. 2016-07-01, 826 (2): 183. Bibcode:2016ApJ...826..183N. arXiv:1607.00375v1  . doi:10.3847/0004-637X/826/2/183. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Brown, John M.; Jennings, D.A.; Vanek, M.; Zink, L.R.; Evenson, K.M. The pure rotational spectrum of ArH+ (PDF). Journal of Molecular Spectroscopy. 1988-04, 128 (2): 587–589 [2019-11-19]. Bibcode:1988JMoSp.128..587B. doi:10.1016/0022-2852(88)90173-7. （原始内容 (PDF)于2018-07-22）. 


十月 31, 2023
氬氫離子, 是一種陽離子, 由氫正離子及氬原子組成, 它能以放電製成, 同時亦是第一種在星際空間發現的稀有氣體多原子離子, 或分子, 识别cas号, 12254, smiles, inchi, 1inchikey, tvqsuvfydvjwli, uhfffaoysa, ngmelin, 2性质化学式, 摩尔质量, 若非注明, 所有数据均出自标准状态, 目录, 簡介, 性質, 反應, 光譜, 另見, 參考簡介, 编辑詹姆斯, 布勞爾特及薩姆納, 戴維斯於基特峰國家天文台以麥克梅斯, 皮爾斯太陽望遠鏡進行傅立葉變換光. 氬氫離子是一種陽離子 由氫正離子及氬原子組成 它能以放電製成 同時亦是第一種在星際空間發現的稀有氣體多原子離子 或分子 1 氬氫離子识别CAS号 12254 68 1 SMILES ArH InChI 1S ArH h1H q 1InChIKey TVQSUVFYDVJWLI UHFFFAOYSA NGmelin 2性质化学式 ArH 摩尔质量 40 956 g mol 若非注明 所有数据均出自标准状态 25 100 kPa 下 目录 1 簡介 2 性質 3 反應 4 光譜 5 另見 6 參考簡介 编辑詹姆斯 布勞爾特及薩姆納 戴維斯於基特峰國家天文台以麥克梅斯 皮爾斯太陽望遠鏡進行傅立葉變換光譜攝像得到其紅外線振動旋轉譜帶 2 約翰 約翰斯亦觀測到其譜帶 3 氬氫離子存在於星際間瀰散的氫原子雲中 作為生成的條件氫分子的佔比須處於0 0001至0 001之間 由於其佔比會影響到不同離子的生成 當36Ar1H 進行旋轉躍遷時 便可探測到617 525 GHz J 1 0 及1234 602 GHz J 2 1 的吸收線 這在SgrB2 M 及SgrB2 N G34 26 0 15 W31 英语 Westerhout 31 C G10 62 0 39 W49 N W51 E 等中心可得 因為氬氫離子位於微波的放射源前 4 而在蟹狀星雲可得到其發射線 顯示氬氫離子存在於其多個部分 當中最密集的是在其南部的纖維狀結構 5 這亦是Ar 及Ar2 離子最密集的地方 5 氬氫離子在蟹狀星雲的柱密度介乎每立方厘米有1012至1013顆 5 相信其進入激發態的能量來自電子與氫分子的撞擊 5 而接近銀心的柱密度約為7013200000000000000 2 1013 cm 2 4 36ArH 及38ArH 離子已知存在於75億光年外的未命名星系中 其z 0 88582 與耀變體PKS 1830 211同一視點 6 氬能促進氚分子與脂肪酸的雙鍵 當中會產生一種過渡物ArT 7 當以氬 氫等離子體濺鍍於金上 對其造成的位移亦是由於氬氫離子 8 性質 编辑氬氫離子與氯化氫為等電子體 基態的鍵偶極矩為2 18D 6 其結合能則為369 kJ mol 1 4 2 9 eV 5 比許多鎓離子要小 但比氫分子離子大 6 鍵力常數為 88 mdyne A2 9 其不同振動態的壽命取決於當中的同位素 而大致上更高能量的振動態壽命更短 壽命 毫秒 10 v ArH ArD 1 2 28 9 092 1 20 4 713 0 85 3 274 0 64 2 555 0 46 2 11反應 编辑氬氫離子可能有以下反應 ArH H2 Ar H 3 4 ArH C Ar CH ArH N Ar NH ArH O Ar OH ArH CO Ar COH 4 亦可在以下反應生成 Ar H 2 ArH H 4 Ar H 3 ArH H2 4 Ar H2在低能量時的截面為10 18 m2 而當能量超過100 eV時的截面則會大幅下降 11 Ar H 2 在其離子為低能量時的截面為6981600000000000000 6 10 19 m2 但若能量超過10 eV時收率會下降 相對的是更多Ar H2會產生 11 當能量在0 75至1 eV之間 Ar H 3 的截面為6980499999999999999 5 10 20 m2 並有最大的氬氫離子收率 而反應的過程需要0 6 eV能量 能量高於4 eV時Ar H開始產生 11 氬氫離子亦可從Ar 生成 後者可由氬原子受到宇宙線及X射線下產生 Ar H2 ArH H 4 1 49 eV 5 當它遇到電子時可能會解離重合 但若該電子能量低則此反應極為緩慢 使它的壽命比許多相似的鎓離子更長 若氫分子濃度低於10 4 解離反應會超過其形成 12 ArH e Ar H 4 由於氬原子的電離能比氫分子更低 它會與氫分子反應 而氦和氖原子則更高 它們會從氫分子取走電子 Ar H2 ArH H 4 Ne H2 Ne H H 電荷轉移解離 4 He H2 He H H 4 光譜 编辑氬氫離子可藉對氬及氫的混合物放電製備 13 詹姆斯 布勞爾特及薩姆納 戴維斯首次於紅外線光譜觀測到其振動旋轉譜帶 13 人工製備的氬氫離子所含的大部分為40Ar原子 而宇宙中多數為其同位素36Ar 40Ar1H 的遠紅外線光譜 13 36Ar 38Ar 6 躍遷 測得頻率J GHz1 0 615 8584 617 525 615 858152 1 1231 2712 1234 6023 2 1845 79374 3 2458 98195 4 3080 39216 5 3679 58357 6 4286 115021 20 12258 48322 21 12774 36623 22 13281 119在紫外線光譜亦有兩條吸收線 其躍遷會使得離子斷鍵 以11 2 eV躍遷至B1P電子態的躍遷偶極矩頗小 較難觀察到 以15 8 eV躍遷至A1S 推斥態的話其波長小於萊曼極限 宇宙中很少光子造成此躍遷 4 另見 编辑星際分子列表參考 编辑 Quenqua Douglas Noble Molecules Found in Space The New York Times 2013 12 13 2016 09 26 原始内容存档于2017 04 22 Brault James W Davis Sumner P Fundamental Vibration Rotation Bands and Molecular Constants for the ArH Ground State 1S Physica Scripta 1982 02 01 25 2 268 271 Bibcode 1982PhyS 25 268B doi 10 1088 0031 8949 25 2 004 Johns J W C Spectra of the protonated rare gases Journal of Molecular Spectroscopy 1984 07 106 1 124 133 Bibcode 1984JMoSp 106 124J doi 10 1016 0022 2852 84 90087 0 4 00 4 01 4 02 4 03 4 04 4 05 4 06 4 07 4 08 4 09 4 10 4 11 4 12 Schilke P Neufeld D A Muller H S P Comito C Bergin E A Lis D C Gerin M Black J H Wolfire M Indriolo N Pearson J C Menten K M Winkel B Sanchez Monge A Moller T Godard B Falgarone E Ubiquitous argonium ArH in the diffuse interstellar medium A molecular tracer of almost purely atomic gas Astronomy amp Astrophysics 2014 06 04 566 A29 Bibcode 2014A amp A 566A 29S arXiv 1403 7902 nbsp doi 10 1051 0004 6361 201423727 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 Barlow M J Swinyard B M Owen P J Cernicharo J Gomez H L Ivison R J Krause O Lim T L Matsuura M Miller S Olofsson G Polehampton E T Detection of a Noble Gas Molecular Ion 36ArH in the Crab Nebula Science 2013 12 12 342 6164 1343 1345 Bibcode 2013Sci 342 1343B PMID 24337290 arXiv 1312 4843 nbsp doi 10 1126 science 1243582 6 0 6 1 6 2 6 3 Muller Holger S P Muller Sebastien Schilke Peter Bergin Edwin A Black John H Gerin Maryvonne Lis Dariusz C Neufeld David A Suri Sumeyye Detection of extragalactic argonium ArH toward PKS 1830 211 Astronomy amp Astrophysics 2015 10 07 582 L4 Bibcode 2015A amp A 582L 4M arXiv 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