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
[szerkesztés]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.

Keletkezése
[szerkesztés]A H+2 és H2 reakciójával jön létre:[1]
A H+2 kozmikus sugarak hatására jön létre:
A laboratóriumokban is hasonló módon állítják elő a H+3-t. Már viszonylag kis energiájú kozmikus sugárzás is képes ionizálni a H2-molekulát.

Reakciói
[szerkesztés]A H+3 nagyon reaktív molekula, sok vegyületnek ad át protont. Gyakran a CO-val reagál, amely jellemző a csillagközi anyagban:
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:
Az HO+ reagál a hidrogénnel, ekkor H2O+ és oxóniumion keletkezik:
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
[szerkesztés]A H+3 forgási spektruma gyenge, ezért nehezen azonosítható.[2] 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[3] 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
[szerkesztés]
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.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Herbst, E. (2000). „The Astrochemistry of H+3”. Philosophical Transactions of the Royal Society A 358 (1774), 2523–2534. o. DOI:10.1098/rsta.2000.0665.
- ↑ (1971) „Forbidden rotational spectra of polyatomic molecules”. Journal of Molecular Spectroscopy 40 (3), 546–544. o. DOI:10.1016/0022-2852(71)90255-4.
- ↑ Oka, T. (1980). „Observation of the Infrared Spectrum of H+3”. Physical Review Letters 45 (7), 531–534. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.45.531.
Fordítás
[szerkesztés]- 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
[szerkesztés]- Orgován Gábor PhD-értekezés. (Hozzáférés: 2025. április 22.)
- SlidePlayer prezentáció – Légzőrendszer. (Hozzáférés: 2025. április 22.)