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]
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]
Химические свойства и реакции
Подготовка
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]
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:
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].
История
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].
Нахождение в природе
От распада трития
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].
Межзвездная среда
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].
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].
↑John P.; Coyne. Alpha particle chemistry. On the formation of stable complexes between He2+ and other simple species: implications for atmospheric and interstellar chemistry (англ.) // Journal of Molecular Modeling : journal. — 2009. — Vol. 15, no. 1. — P. 35—40. — doi:10.1007/s00894-008-0371-3. — PMID18936986.
↑Hydridohelium (CHEBI:33689) (неопр.). Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). European Bioinformatics Institute. Дата обращения: 21 апреля 2019. Архивировано 31 января 2022 года.