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L'étonnante stabilité de l'ion hydrure d'hélium : pourquoi ne peut-il pas être stocké dans un environnement conventionnel ?
L'ion hydrure d'hélium (HeH+) est un ion positif composé d'hélium et d'hydrogène et possède une stabilité étonnante. On pense que ce composé est la première molécule créée à la naissance de l’univers et a été créé pour la première fois dans un laboratoire en 1925. Bien que sa stabilité permette de maintenir cet ion isolé, il est extrêmement réactif dans des conditions normales, ce qui le rend impossible à stocker ou à utiliser dans des environnements conventionnels.
Les ions hydrure d'hélium sont considérés comme l'acide le plus fort, encore plus fort que l'acide fluoroantimonique.
La réactivité des ions hydrure d'hélium les amène à réagir violemment avec toutes les molécules avec lesquelles ils entrent en contact, ce qui les rend impossibles à stocker dans des conteneurs. Cette forte réactivité signifie que les laboratoires ont besoin de méthodes spécifiques pour étudier sa chimie, et elle doit généralement être générée sur place et ne peut pas être stockée.
Il est à noter que la nature polaire de l'ion hydrure d'hélium rend son identification relativement simple en spectroscopie, et il a la même structure électronique que l'hydrogène moléculaire (H2). Le moment dipolaire de l'ion hydrure d'hélium est d'environ 2,26 D, ce qui montre l'inhomogénéité de sa distribution de nuages électroniques. Environ 80 % de la densité électronique se trouve à proximité du noyau d'hélium, ce qui fait que les ions hydrure d'hélium présentent un comportement unique dans les réactions chimiques.
La présence d'ions hydrure d'hélium dans le milieu interstellaire a été suspectée dès les années 1970 et a été détectée pour la première fois dans la nébuleuse NGC 7027 en 2019.
Malgré les propriétés physiques et chimiques uniques des ions hydrure d’hélium, un stockage stable dans des conteneurs est impossible. Plus précisément, cet ion peut accepter des protons provenant de molécules telles que l’oxygène, l’ammoniac, le dioxyde de soufre et l’eau pour former une gamme de nouvelles substances. Au cours de ce processus, toutes les molécules qui entrent en contact avec lui seront protonées et ne pourront pas du tout maintenir leur stabilité.
Méthodes de recherche et défis techniques
La chimie des ions hydrure d'hélium est généralement explorée à l'aide de techniques expérimentales spéciales, telles que le remplacement de l'hydrogène dans un composé organique par du tritium, puis l'observation du comportement des ions hydrure d'hélium résultants. Ce processus peut produire des ions hydrure d'hélium [TR → 3He+ + R•] et réagir avec la matière organique, mais le processus est toujours accompagné par de grandes incertitudes et de grands défis.
Lorsque l’hydrogène dans les composés organiques est remplacé par du tritium, un mélange avec des ions hydrure d’hélium peut être généré, ce qui constitue l’une des approches de recherche pour l’hydrure d’hélium.
Depuis les années 1980, les scientifiques ont commencé à prédire le comportement des ions hydrure d'hélium dans le spectre et ont essayé de fixer leur longueur d'onde de détection dans la gamme infrarouge. Ces efforts ont finalement produit des résultats préliminaires lors de l'expérience de 2019.
L'importance de la chimie interstellaire et cosmique
On pense que les ions hydrure d’hélium sont un facteur important dans la formation de l’univers primitif et sont essentiels à la compréhension des processus chimiques dans l’univers primitif. La formation de ce composé peut affecter la formation et l’évolution des étoiles et joue un rôle important dans les naines blanches riches en hélium, modifiant l’opacité du gaz et affectant la vitesse de refroidissement de l’étoile.
Bien que les ions d’hydrure d’hélium soient extrêmement difficiles à préserver dans les laboratoires sur Terre, ils peuvent se former dans le milieu interstellaire à partir de collisions de gaz de refroidissement, ce qui en fait un indicateur important de l’univers observé. Cependant, sa réactivité signifie que son observation dans un environnement interstellaire sera une tâche difficile pour les scientifiques.
Les ions hydrure d’hélium ne sont pas seulement un sujet de pointe dans la recherche scientifique, mais également une partie importante de notre future compréhension de l’univers.
Dans ce contexte, les ions hydrure d’hélium continueront-ils d’être un objet important de recherche cosmochimique et de faire progresser notre compréhension des processus chimiques dans l’univers ?
