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氫分子離子

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氫分子離子
識別
CAS號 12184-90-6  checkY
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

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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]

離子的基態能量為-0.597 哈特里能量[5]

同位素體

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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

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空間存在

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形式

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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70000 eV,截面為2.5×10−16 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(p+ + H2 → H + H+
2
),峰值截面約為8×10−16 cm2中的8000 eV[9]

消失

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氫分子離子會與其他氫分子碰撞而自然消失:

H+
2
+ H2H+
3
+ H


參見

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參考資料

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  1. ^ David W. Oxtoby, H.P. Gillis, Alan Campion. Principles of Modern Chemistry, Seventh Edition. United States of America: Engage Learning. 2012. ISBN 9780840049315. 
  2. ^ 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.
     
  3. ^ 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可免費查閱. doi:10.1016/j.chemphys.2005.10.031. 
  4. ^ 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. 
  5. ^ 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. ^ 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. ^ 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可免費查閱. 
  8. ^ 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.
     
  9. ^ 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可免費查閱. doi:10.1051/0004-6361/200911794.