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ヘリウム水素化物イオンの驚くべき安定性：なぜ従来の環境で保存できないのか？
ヘリウム水素化物イオン（HeH+）は、ヘリウムと水素からなる陽イオンであり、驚くべき安定性を持っています。この化合物は宇宙誕生時に作られた最初の分子であると考えられており、1925年に研究室で初めて作られました。このイオンは安定性があるため、隔離された状態で維持できますが、通常の条件下では反応性が極めて高いため、従来の環境では保管または使用が不可能です。
ヘリウム水素化物イオンは、フルオロアンチモン酸よりもさらに強い、最も強い酸であると考えられています。
ヘリウム水素化物イオンの反応性により、接触するあらゆる分子と激しく反応するため、容器に保存することは不可能です。この強い反応性のため、研究室ではその化学を研究するために特別な方法が必要であり、通常は現場で生成する必要があり、保管することはできません。
注目すべきは、水素化ヘリウムイオンの極性により分光法で比較的簡単に識別できること、また、水素分子 (H2) と同じ電子構造を持っていることです。ヘリウム水素化物イオンの双極子モーメントは約 2.26 D であり、電子雲分布の不均一性を示しています。電子密度の約 80% がヘリウム原子核の近くにあるため、ヘリウム水素化物イオンは化学反応において独特な挙動を示します。
星間物質中にヘリウム水素イオンが存在することは、1970年代初頭から疑われており、2019年にNGC 7027星雲で初めて検出されました。
ヘリウム水素化物イオンは独特の物理的・化学的特性を持っているにもかかわらず、容器内での安定した保管は不可能です。具体的には、このイオンは酸素、アンモニア、二酸化硫黄、水などの分子から陽子を受け取り、さまざまな新しい物質を形成することができます。このプロセス中、これに接触する分子はすべてプロトン化され、安定性をまったく維持できなくなります。
研究方法と技術的課題
ヘリウム水素化物イオンの化学は、通常、有機化合物中の水素をトリチウムに置き換え、その結果生じるヘリウム水素化物イオンの挙動を観察するなどの特殊な実験技術を使用して研究されます。このプロセスはヘリウム水素化物イオン [TR → 3He+ + R•] を生成し、有機物と反応しますが、プロセスには依然として大きな不確実性と課題によって。
有機化合物中の水素をトリチウムに置き換えると、ヘリウム水素化物イオンとの混合物が生成されますが、これはヘリウム水素化物に関する研究アプローチの 1 つです。
1980年代から、科学者たちはスペクトル内でのヘリウム水素化物イオンの挙動を予測し始め、その検出波長を赤外線領域に設定しようと試みてきました。こうした努力により、2019年の実験でようやく予備的な結果が得られました。
星間化学と宇宙化学の重要性
ヘリウム水素化物イオンは初期宇宙の形成において重要な要素であると考えられており、初期宇宙における化学プロセスを理解する上で極めて重要です。この化合物の形成は恒星の形成と進化に影響を与える可能性があり、ヘリウムを多く含む白色矮星ではガスの不透明度を変え、恒星の冷却速度に影響を与えるなど重要な役割を果たします。
ヘリウム水素化物イオンは地球上の実験室で保存するのが極めて難しいが、冷却ガスの衝突によって星間物質中で形成される可能性があり、観測された宇宙の重要な代理物となる。しかし、その反応性を考えると、星間環境でそれを観測することは科学者にとって困難な作業となるだろう。
ヘリウム水素化物イオンは、科学研究における最先端のテーマであるだけでなく、宇宙に対する将来の理解においても重要な部分を占めています。
このような背景から、ヘリウム水素化物イオンは今後も宇宙化学研究の重要な対象であり、宇宙における化学プロセスに関する理解を深めていくのでしょうか?
