Protonált molekuláris hidrogén

Protonált molekuláris hidrogén
3D-s térszerkezete
Kémiai azonosítók
CAS-szám	28132-48-1
ChemSpider	21865043
ChEBI	30479
InChIKey	QWLPJNYQVKBMAN-UHFFFAOYSA-N
Gmelin	249
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	H+3
Moláris tömeg	3,02
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A protonált molekuláris hidrogén az univerzumban egyik legnagyobb mennyiségben előforduló ion, jele H+3. Stabil a csillagközi anyagban az alacsony sűrűség és az alacsony hőmérséklet miatt. Jelentős szerepet játszik a csillagközi anyag kémiájában. Megtalálták a Jupiter légkörében is. Ez a legegyszerűbb háromatomos molekula, mivel három protonból és két elektronból áll. Molekuláris hidrogénből a kozmikus sugárzás ionizációjának hatására keletkezik.

Szerkezete

Alakja egy egyenlő oldalú háromszöghöz hasonlít, mindhárom oldal kötéshossza körülbelül 90 pm. A kötések erőssége a számítások szerint 4,5 eV (104 kcal/mol). A H+3 jó példa a delokalizált elektronok molekulastabilitáshoz való hozzájárulására.

A H+3 szerkezete

Keletkezése

A H+2 és H₂ reakciójával jön létre:

${\ce {H2+ + H2 -> H3+ + H}}$

A H+2 kozmikus sugarak hatására jön létre:

${\ce {H2 + h\nu_1 -> H2+ + e- + h\nu_2}}$

A laboratóriumokban is hasonló módon állítják elő a H+3-t. Már viszonylag kis energiájú kozmikus sugárzás is képes ionizálni a H₂-molekulát.

A H+3 molekulapálya diagramja

Reakciói

A H+3 nagyon reaktív molekula, sok vegyületnek ad át protont. Gyakran a CO-val reagál, amely jellemző a csillagközi anyagban:

${\ce {H3+ + CO -> HCO+ + H2}}$

A reakcióban keletkező HCO⁺ a csillagközi tér kémiájában fontos molekula. Erősen poláris, és kimutatható a rádiócsillagászatban.

A H+3 az atomos oxigénnel is reagál, ekkor HO⁺ és hidrogén keletkezik:

${\ce {H3+ + O -> HO+ + H2}}$

Az HO⁺ reagál a hidrogénnel, ekkor H₂O⁺ és oxóniumion keletkezik:

${\ce {HO+ + H2 -> H2O+ + H}}$

${\ce {H2O+ + H2 -> H3O+ + H}}$

Az utóbbi reakció a csillagközi felhőkben nem exoterm. Az oxóniumion hidrogénnel reakcióba lépve négy különböző komplexet alkothat: H₂O + H, OH + H₂, OH + 2H, és O + H₂ + H. Ebben a reakcióban víz is keletkezik, amely a termék 5–33%-át teszi ki. Ez a reakció a csillagközi anyagban található víz fő forrását jelenti.

Spektroszkópia

A H+3 forgási spektruma gyenge, ezért nehezen azonosítható. Az ultraibolya sugárzás lebontja a molekulát, azonban a rovibronos (infravörös) spektroszkópia lehetővé teszi a H+3 kimutatását egy vibrációs állapota, a ν₂ aszimmetrikus állapot gyenge átmeneti dipólusa révén. Oka 1980-as spektrumának felfedezése óta több mint 900 abszorpciós vonalat azonosítottak az infravörös tartományban. A gázbolygók légköri megfigyelése során emissziós vonalakat is találtak. Ezeket molekuláris hidrogén megfigyelésével és az ahhoz nem tartozó vonalak elkülönítésével azonosították.

Orto- és para-H+3

Orto-H+3 és para-H₂ ütközése

A H+3-nak két különböző magspinizomerje létezik, amelyek a protonok spinjében térnek el egymástól.

A para-H+3-ban a három protonból kettő spinje 1/2, a harmadiké pedig -1/2. A para-H+3 magspinmomentuma 1/2.

Az orto-H+3-ban mindhárom proton spinje megegyezik (mindegyiknek 1/2), így az orto-H+3 magspinmomentuma 3/2.

A sűrű csillagközi molekulafelhőkben a H+3 ütközhet H₂-vel. Ekkor a H+3 protont adhat át a H₂-nek, ami megváltoztathatja a két molekula magspinjét. Az orto-H₂-ben a magspinmomentum 1, a para-H₂-ben 0. Amikor egy orto-H+3 ütközik, és protont ad át egy para-H₂-nek, a reakcióban para-H+3 és orto-H₂ keletkezik.

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Trihydrogen cation 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.

Források

• Orgován Gábor PhD-értekezés. (Hozzáférés: 2025. április 22.)
• SlidePlayer prezentáció – Légzőrendszer. (Hozzáférés: 2025. április 22.)