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氢分子离子
氫分子離子（H+
2），又称双氢离子，是最簡單的分子離子，由兩個質子和一個電子組成。[1]:99 它可以由一個中性的氫分子電離而成。由于宇宙射线，分子云中经常形成这种离子。 因為它只有一個電子，化學界對它兴趣很大。描述其结构的量子力学方程可以以相对简单的方式得到解。1927年（量子力学中的波理论发表仅一年后），Øyvind Burrau首次将其解出。根据广义Lambert W函数确定的能量精确解[2][3]。
| 氢分子离子 | |
|---|---|
| 识别 | |
| CAS号 | 12184-90-6 |
| 性质 | |
| 化学式 | H+ 2 |
| 摩尔质量 | 2.02 g·mol⁻¹ |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
物理性质 编辑
H+
2中的键可以被描述为共价单电子键，形式上拥有0.5的键级。[4]
同位素体 编辑
氢分子离子拥有六种同位素体，这来自氢其他同位素的原子核——即氘核（2
H+）或氚核（3
H+）——对一或两个质子（氕核）的取代。[6][7]
量子力学分析 编辑
空间存在 编辑
形式 编辑
宇宙中，射线与氢分子的作用可以产生氢分子离子。此过程中，氢分子中的一个电子会脱离原结构，留下一个氢分子离子。[8]
- H2 + 宇宙射线 → H+
2 + e− + 宇宙射线
宇宙射线中的粒子带有足够大的能量，停止前可以将许多氢分子转化为离子。
氢分子的电离能为15.603 eV。高速电子也会导致氢分子的电离，其峰值截面约为50 eV。高速质子所致电离的峰值截面为70000 eV，截面为2.5×10−16 cm2。宇宙射线中的低能质子也可以将电子从中性氢分子中剥离，由此产生一个中性氢原子和一个氢分子离子（p+ + H2 → H + H+
2），峰值截面约为8×10−16 cm2中的8000 eV。[9]
消失 编辑
氢分子离子会与其他氢分子碰撞而自然消失：
- H+
2 + H2 → H+
3 + H
参见 编辑
參考資料 编辑
- ^ David W. Oxtoby, H.P. Gillis, Alan Campion. Principles of Modern Chemistry, Seventh Edition. United States of America: Engage Learning. ISBN 9780840049315.
- ^ Scott, T. C.; Dalgarno, A.; Morgan, J. D., III. Exchange Energy of H+
2 Calculated from Polarization Perturbation Theory and the Holstein-Herring Method. Phys. Rev. Lett. 1991, 67 (11): 1419–1422. Bibcode:1991PhRvL..67.1419S. PMID 10044142. doi:10.1103/PhysRevLett.67.1419. - ^ Scott, T. C.; Aubert-Frécon, M.; Grotendorst, J. New Approach for the Electronic Energies of the Hydrogen Molecular Ion. Chem. Phys. 2006, 324 (2–3): 323–338. Bibcode:2006CP....324..323S. S2CID 623114. arXiv:physics/0607081 . doi:10.1016/j.chemphys.2005.10.031.
- ^ Clark R. Landis; Frank Weinhold. Valency and bonding: a natural bond orbital donor-acceptor perspective. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2005: 91–92. ISBN 978-0-521-83128-4.
- ^ Bressanini, Dario; Mella, Massimo; Morosi, Gabriele. Nonadiabatic wavefunctions as linear expansions of correlated exponentials. A quantum Monte Carlo application to H2+ and Ps2. Chemical Physics Letters. 1997, 272 (5–6): 370–375. Bibcode:1997CPL...272..370B. doi:10.1016/S0009-2614(97)00571-X.
- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Fábri, Csaba; Czakó, Gábor; Tasi, Gyula; Császár, Attila G. Adiabatic Jacobi corrections on the vibrational energy levels of H+
2 isotopologues. Journal of Chemical Physics. 2009, 130 (13): 134314. PMID 19355739. doi:10.1063/1.3097327. - ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Scarlett, Liam H.; Zammit, Mark C.; Fursa, Dmitry V.; Bray, Igor. Kinetic-energy release of fragments from electron-impact dissociation of the molecular hydrogen ion and its isotopologues. Physical Review A. 2017, 96 (2): 022706. Bibcode:2017PhRvA..96b2706S. doi:10.1103/PhysRevA.96.022706 .
- ^ Herbst, E. The Astrochemistry of H+
3. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2000, 358 (1774): 2523–2534. S2CID 97131120. doi:10.1098/rsta.2000.0665. - ^ Padovani, Marco; Galli, Daniele; Glassgold, Alfred E. Cosmic-ray ionization of molecular clouds. Astronomy & Astrophysics. 2009, 501 (2): 619–631. Bibcode:2009A&A...501..619P. S2CID 7897739. arXiv:0904.4149 . doi:10.1051/0004-6361/200911794.