Metánium
| Metánium | |||
| |||
| |||
| IUPAC-név | Metánium | ||
| Más nevek | karbónium (nem ajánlott a több definíció miatt)[1] | ||
| Kémiai azonosítók | |||
|---|---|---|---|
| PubChem | 21881157 | ||
| |||
| |||
| Kémiai és fizikai tulajdonságok | |||
| Kémiai képlet | Sablon:Chem2 | ||
| Moláris tömeg | 17,05 g/mol | ||
| Kristályszerkezet | |||
| Molekulaforma | trigonális bipiramis | ||
| Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. | |||
A metánium összetett kation, képlete CH+5 (metastabil átmeneti változat, ahol a szénatom kovalensen kötődik 5 hidrogénhez) vagy CH3H+2 (fluxiós változat, ahol egy szénatom kovalensen kötődik 3 hidrogénatomhoz és egy hidrogénmolekulához), töltése +1. Szupersav és egyike az óniumionoknak, ezen belül is a legegyszerűbb karbóniumion.
Erősen instabil és reaktív a teljes oktett ellenére, így szupersav.
A metánium laboratóriumban ritka gázként vagy szupersavakban híg oldatként állítható elő. 1950-ben állították elő Viktor Talroze és társa, Anna Konsztantyinovna Ljubimova, a tanulmányt 1952-ben közölték.[2][3] Kémiai reakciókban köztitermékként fordul elő.
A metániumion a metánról (CH4) kapta nevét az ammóniumion (NH+4) mintájára.
Szerkezet
[szerkesztés]A fluxiós metánium tekinthető CH+3 (metil katon dihidrogénkomplexének az üres pályán 3 központú 2 elektronos kötésben: a kötő elektronpárt a H2 megosztja a két H-atom és a szén közt.[4]
A hidrogénmolekula két hidrogénatomja a CH+3 ion 3 hidrogénatomjával folyamatosan, alacsony aktivációs energiával, így alacsony hőmérsékleten is helyet cserélhet (pszeudorotáció, egész pontosan a Berry-mechanizmus). Az alapállapotú metániumion így fluxiós molekula.[5][6]
Infravörös spektroszkópia révén információ szerezhető a különböző metániumkonformációkról.[7][8][9] A metán IR spektruma két C–H sávval rendelkezik szimmetrikus és aszimmetrikus nyúlással 3000 cm−1-nél és 2 másikkal 1400 cm−1-nél szimmetrikus és aszimmetrikus hajlási vibrációkból. A CH+5 spektruma 3 aszimmetrikus nyúlási vibrációt tartalmaz 2800-3000 cm−1-nél, egy szögváltozásival 1300 cm−1-nél és hajlásival 1100-1300 cm−1-nél.
Előállítás
[szerkesztés]A metánium metánból állítható elő nagyon erős savakkal, például fluor-antimonsavval (hidrogén-fluoridos (HF) antimon-pentafluorid- (SbF5-) oldat).[10]
Nagyjából 270 Pa nyomáson standard hőmérsékleten a metánion (CH+4) reagál a semleges metánnal metániumot és metilgyököt adva:[11]
Stabilitás és reakciók
[szerkesztés]A metán SbF5 és HF reakciójával kapott kationokat, például a metániumot stabilizálják a HF-dal való interakciók.
Alacsony nyomáson (1 mmHg körül) és normál hőmérsékleten a metánium nem reagál a semleges metánnal.[11]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ carbonium ion, IUPAC Compendium of Chemical Terminology (angol nyelven). IUPAC. DOI: 10.1351/goldbook.C00839 (2009). ISBN 978-0-9678550-9-7
- ↑ V. L. Talroze (Тальрозе, В. Л.), A. K. Ljubimova (А. К. Любимова) (1952). „Вторичные процессы в ионном источнике масс-спектрометра” (orosz nyelven). Dokl. Akad. Nauk SSSR 86, 909-912. o.
- ↑ (1998) „Victor Talrose: an appreciation”. Journal of Mass Spectrometry 33 (6), 499–501. o. DOI:<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C 10.1002/(SICI)1096-9888(199806)33:6<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C. ISSN 1076-5174.
- ↑ (2011) „Comparative study of the hypercoordinate carbonium ions and their boron analogs: A challenge for spectroscopists”. Chemical Physics Letters 517 (1–3), 1–8. o. DOI:10.1016/j.cplett.2011.10.020.
- ↑ (1993) „CH+5: The never‐ending story or the final word?”. Journal of Chemical Physics 99 (5), 3716–3720. o. DOI:10.1063/1.466147.
- ↑ (1997) „CH+5: The story goes on. An explicitly correlated coupled-cluster study”. Journal of Chemical Physics 106 (5), 1863. o. DOI:10.1063/1.473340.
- ↑ (1999) „CH+5: The infrared spectrum observed”. Science 284 (5411), 135–137. o. DOI:10.1126/science.284.5411.135. PMID 10102811.
- ↑ (2005) „Understanding the infrared spectrum of bare CH+5”. Science 309 (5738), 1219–1222. o. DOI:10.1126/science.1113729. PMID 15994376.
- ↑ (2006) „Quantum deconstruction of the infrared spectrum of CH+5”. Science 311 (5757), 60–63. o. DOI:10.1126/science.1121166. PMID 16400143.
- ↑ (2000) „Carbenium and carbonium ions in liquid- and solid-superacid-catalyzed activation of small alkanes”. Pure and Applied Chemistry 72 (12), 2309–2318. o. DOI:10.1351/pac200072122309.
- ↑ a b (1965) „Reactions of gaseous ions. XIV. Mass spectrometric studies of methane at pressures to 2 Torr”. Journal of the American Chemical Society 87 (15), 3289–3294. o. DOI:10.1021/ja01093a001.
Fordítás
[szerkesztés]Ez a szócikk részben vagy egészben a Methanium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.