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A incrível estabilidade do íon hidreto de hélio: por que ele não pode ser armazenado em um ambiente convencional?
O íon hidreto de hélio (HeH+) é um íon positivo composto de hélio e hidrogênio e tem uma estabilidade surpreendente. Acredita-se que o composto seja a primeira molécula criada no nascimento do universo e foi criado pela primeira vez em um laboratório em 1925. Embora sua estabilidade permita que esse íon seja mantido isolado, ele é extremamente reativo em condições normais, impossibilitando seu armazenamento ou uso em ambientes convencionais.
Os íons de hidreto de hélio são considerados os ácidos mais fortes, até mais fortes que o ácido fluoroantimônico.
A reatividade dos íons de hidreto de hélio faz com que eles reajam violentamente com quaisquer moléculas com as quais entrem em contato, tornando-os impossíveis de armazenar em recipientes. Essa forte reatividade significa que os laboratórios precisam de métodos específicos para estudar sua química, e geralmente ela precisa ser gerada no local e não pode ser armazenada.
É digno de nota que a natureza polar do íon hidreto de hélio torna sua identificação relativamente simples na espectroscopia, e ele tem a mesma estrutura eletrônica do hidrogênio molecular (H2). O momento dipolar do íon hidreto de hélio é de cerca de 2,26 D, mostrando a não homogeneidade da distribuição de sua nuvem de elétrons. Cerca de 80% da densidade eletrônica está próxima ao núcleo do hélio, o que faz com que os íons de hidreto de hélio exibam um comportamento único em reações químicas.
A presença de íons de hidreto de hélio no meio interestelar era suspeita já na década de 1970 e foi detectada pela primeira vez na nebulosa NGC 7027 em 2019.
Apesar das propriedades físicas e químicas únicas dos íons de hidreto de hélio, o armazenamento estável em recipientes é impossível. Especificamente, esse íon pode aceitar prótons de moléculas como oxigênio, amônia, dióxido de enxofre e água para formar uma variedade de novas substâncias. Durante esse processo, qualquer molécula que entre em contato com ele será protonada e não conseguirá manter estabilidade alguma.
Métodos de pesquisa e desafios técnicos
A química dos íons de hidreto de hélio é geralmente explorada usando técnicas experimentais especiais, como a substituição do hidrogênio em um composto orgânico por trítio e, em seguida, a observação do comportamento dos íons de hidreto de hélio resultantes. Este processo pode produzir íons de hidreto de hélio [TR → 3He+ + R•] e reagir com matéria orgânica, mas o processo ainda é acompanhado por grandes incertezas e desafios.
Quando o hidrogênio em compostos orgânicos é substituído por trítio, uma mistura com íons de hidreto de hélio pode ser gerada, o que é uma das abordagens de pesquisa para hidreto de hélio.
Desde a década de 1980, os cientistas começaram a prever o comportamento dos íons de hidreto de hélio no espectro e tentaram definir seu comprimento de onda de detecção na faixa infravermelha. Esses esforços finalmente produziram resultados preliminares no experimento de 2019.
A importância da química interestelar e cósmica
Acredita-se que os íons de hidreto de hélio sejam um fator importante na formação do universo primitivo e são cruciais para a compreensão dos processos químicos no universo primitivo. A formação desse composto pode afetar a formação e a evolução das estrelas e desempenha um papel importante nas anãs brancas ricas em hélio, alterando a opacidade do gás e afetando a taxa de resfriamento da estrela.
Embora os íons de hidreto de hélio sejam extremamente difíceis de preservar em laboratórios na Terra, eles podem se formar no meio interestelar a partir de colisões de gases de resfriamento, tornando-os um importante representante do universo observado. Entretanto, sua reatividade significa que observá-lo em um ambiente interestelar será uma tarefa desafiadora para os cientistas.
Os íons de hidreto de hélio não são apenas um tópico de ponta na pesquisa científica, mas também uma parte importante da nossa compreensão futura do universo.
Neste contexto, os íons de hidreto de hélio continuarão a ser um objeto importante de pesquisa cosmoquímica e a promover nossa compreensão dos processos químicos no universo?
