Language
Country/Area
No result found
Die erstaunliche Stabilität des Heliumhydrid-Ions: Warum kann es nicht in einer herkömmlichen Umgebung gespeichert werden?
Das Heliumhydrid-Ion (HeH+) ist ein positives Ion, das aus Helium und Wasserstoff besteht und eine erstaunliche Stabilität aufweist. Bei der Verbindung handelt es sich vermutlich um das erste Molekül, das bei der Geburt des Universums entstand. Sie wurde erstmals 1925 in einem Labor hergestellt. Obwohl dieses Ion aufgrund seiner Stabilität isoliert aufbewahrt werden kann, ist es unter normalen Bedingungen äußerst reaktiv, was eine Lagerung oder Verwendung in herkömmlichen Umgebungen unmöglich macht.
Heliumhydrid-Ionen gelten als die stärkste Säure, sogar stärker als Fluorantimonsäure.
Aufgrund ihrer Reaktivität reagieren Heliumhydrid-Ionen heftig mit allen Molekülen, mit denen sie in Kontakt kommen, und können daher nicht in Behältern gelagert werden. Aufgrund dieser starken Reaktivität sind in Laboren spezielle Methoden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung erforderlich. Zudem muss das Material normalerweise vor Ort erzeugt werden und kann nicht gelagert werden.
Bemerkenswert ist, dass das Heliumhydrid-Ion aufgrund seiner polaren Natur in der Spektroskopie relativ einfach zu identifizieren ist und die gleiche elektronische Struktur wie molekularer Wasserstoff (H2) aufweist. Das Dipolmoment des Heliumhydrid-Ions beträgt etwa 2,26 D, was die Inhomogenität seiner Elektronenwolkenverteilung zeigt. Etwa 80 % der Elektronendichte befindet sich in der Nähe des Heliumkerns, weshalb Heliumhydrid-Ionen bei chemischen Reaktionen ein einzigartiges Verhalten zeigen.
Das Vorhandensein von Heliumhydrid-Ionen im interstellaren Medium wurde bereits in den 1970er Jahren vermutet und 2019 erstmals im Nebel NGC 7027 nachgewiesen.
Trotz der einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Heliumhydrid-Ionen ist eine stabile Lagerung in Behältern unmöglich. Insbesondere kann dieses Ion Protonen von Molekülen wie Sauerstoff, Ammoniak, Schwefeldioxid und Wasser aufnehmen und so eine Reihe neuer Substanzen bilden. Während dieses Prozesses werden alle Moleküle, die damit in Kontakt kommen, protoniert und können ihre Stabilität nicht aufrechterhalten.
Forschungsmethoden und technische Herausforderungen
Die Chemie der Heliumhydrid-Ionen wird üblicherweise mithilfe spezieller experimenteller Techniken erforscht, etwa indem man Wasserstoff in einer organischen Verbindung durch Tritium ersetzt und dann das Verhalten der entstehenden Heliumhydrid-Ionen beobachtet. Dieser Prozess kann Heliumhydrid-Ionen [TR → 3He+ + R•] produzieren und mit organischer Materie reagieren, aber der Prozess wird immer noch begleitet von großen Unsicherheiten und Herausforderungen geprägt.
Wenn Wasserstoff in organischen Verbindungen durch Tritium ersetzt wird, kann eine Mischung mit Heliumhydrid-Ionen entstehen, was einen der Forschungsansätze für Heliumhydrid darstellt.
Seit den 1980er Jahren begannen Wissenschaftler, das Verhalten von Heliumhydrid-Ionen im Spektrum vorherzusagen und versuchten, ihre Detektionswellenlänge im Infrarotbereich festzulegen. Diese Bemühungen führten schließlich im Experiment von 2019 zu vorläufigen Ergebnissen.
Die Bedeutung der interstellaren und kosmischen Chemie
Heliumhydrid-Ionen gelten als wichtiger Faktor bei der Entstehung des frühen Universums und sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der chemischen Prozesse im frühen Universum. Die Bildung dieser Verbindung kann die Entstehung und Entwicklung von Sternen beeinflussen und spielt eine wichtige Rolle bei heliumreichen Weißen Zwergen, da sie die Opazität des Gases verändert und die Abkühlungsrate des Sterns beeinflusst.
Während es äußerst schwierig ist, Heliumhydrid-Ionen in Laboratorien auf der Erde aufzubewahren, können sie im interstellaren Medium durch Kollisionen abkühlender Gase entstehen und sind daher ein wichtiger Indikator für das beobachtete Universum. Aufgrund seiner Reaktivität wird seine Beobachtung in einer interstellaren Umgebung für die Wissenschaftler allerdings eine anspruchsvolle Aufgabe sein.
Heliumhydrid-Ionen sind nicht nur ein hochaktuelles Thema der wissenschaftlichen Forschung, sondern auch ein wichtiger Bestandteil unseres zukünftigen Verständnisses des Universums.
Werden Heliumhydrid-Ionen vor diesem Hintergrund auch weiterhin ein wichtiger Gegenstand der kosmochemischen Forschung bleiben und unser Verständnis der chemischen Prozesse im Universum voranbringen?
