氫分子離子
外觀
氫分子離子 | |
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識別 | |
CAS號 | 12184-90-6 ![]() |
性質 | |
化學式 | H+ 2 |
摩爾質量 | 2.02 g·mol⁻¹ |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
氫分子離子(H+
2),又稱雙氫離子,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。由於宇宙射線,分子雲中經常形成這種離子。
因為它只有一個電子,化學界對它興趣很大。描述其結構的量子力學方程可以以相對簡單的方式得到解。1927年(量子力學中的波理論發表僅一年後),Øyvind Burrau首次將其解出。根據廣義Lambert W函數確定的能量精確解[2][3]。
物理性質
[編輯]H+
2中的鍵可以被描述為共價單電子鍵,形式上擁有0.5的鍵級。[4]
同位素體
[編輯]氫分子離子擁有六種同位素體,這來自氫其他同位素的原子核——即氘核(2
H+)或氚核(3
H+)——對一或兩個質子(氕核)的取代。[6][7]
- H+
2 = 1
H+
2(最常見)[6][7] - [DH]+ = [2
H1
H]+(氘氫離子)[6] - D+
2 = 2
H+
2(雙氘離子)[6][7] - [TH]+ = [3
H1
H]+(氚氫離子) - [TD]+ = [3
H2
H]+(氚氘離子) - T+
2 = 3
H+
2(雙氚離子)[7]
量子力學分析
[編輯]空間存在
[編輯]形式
[編輯]宇宙中,射線與氫分子的作用可以產生氫分子離子。此過程中,氫分子中的一個電子會脫離原結構,留下一個氫分子離子。[8]
- H2 + 宇宙射線 → H+
2 + e− + 宇宙射線
宇宙射線中的粒子帶有足夠大的能量,停止前可以將許多氫分子轉化為離子。
氫分子的電離能為15.603 eV。高速電子也會導致氫分子的電離,其峰值截面約為50 eV。高速質子所致電離的峰值截面為000 eV,截面為 70×10−16 cm2。宇宙射線中的低能質子也可以將電子從中性氫分子中剝離,由此產生一個中性氫原子和一個氫分子離子( 2.5p+ + H2 → H + H+
2),峰值截面約為×10−16 cm2中的 8。 8000 eV[9]
消失
[編輯]氫分子離子會與其他氫分子碰撞而自然消失:
- H+
2 + H2 → H+
3 + H
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ David W. Oxtoby, H.P. Gillis, Alan Campion. Principles of Modern Chemistry, Seventh Edition. United States of America: Engage Learning. 2012. ISBN 9780840049315.
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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
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- ^ 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.
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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
.
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. doi:10.1051/0004-6361/200911794.