Language
Country/Area
No result found
Удивительная стабильность иона гидрида гелия: почему его нельзя хранить в обычных условиях?
Ион гидрида гелия (HeH+) — это положительный ион, состоящий из гелия и водорода и обладающий удивительной стабильностью. Это соединение считается первой молекулой, созданной при рождении Вселенной, и впервые было создано в лаборатории в 1925 году. Хотя его стабильность позволяет сохранять этот ион изолированно, в обычных условиях он чрезвычайно реактивен, что делает невозможным его хранение или использование в обычных условиях.
Ионы гидрида гелия считаются самой сильной кислотой, даже сильнее фторсурьмяной кислоты.
Реакционная способность ионов гидрида гелия заставляет их бурно реагировать с любыми молекулами, с которыми они вступают в контакт, что делает невозможным их хранение в контейнерах. Такая сильная реакционная способность означает, что лабораториям необходимы особые методы для изучения его химии, и обычно его необходимо получать на месте, и он не подлежит хранению.
Следует отметить, что полярная природа иона гидрида гелия делает его идентификацию относительно простой в спектроскопии, и он имеет ту же электронную структуру, что и молекулярный водород (H2). Дипольный момент иона гидрида гелия составляет около 2,26 Д, что свидетельствует о неоднородности распределения его электронного облака. Около 80% электронной плотности сосредоточено вблизи ядра гелия, что обуславливает уникальное поведение ионов гидрида гелия в химических реакциях.
Присутствие ионов гидрида гелия в межзвездной среде предполагалось еще в 1970-х годах и впервые было обнаружено в туманности NGC 7027 в 2019 году.
Несмотря на уникальные физико-химические свойства ионов гидрида гелия, стабильное хранение их в контейнерах невозможно. В частности, этот ион может принимать протоны от таких молекул, как кислород, аммиак, диоксид серы и вода, образуя ряд новых веществ. В ходе этого процесса любые молекулы, которые вступают с ним в контакт, будут протонироваться и вообще не смогут сохранять стабильность.
Методы исследования и технические проблемы
Химию ионов гидрида гелия обычно исследуют с помощью специальных экспериментальных методов, таких как замена водорода в органическом соединении на тритий и последующее наблюдение за поведением образующихся ионов гидрида гелия. Этот процесс может производить ионы гидрида гелия [TR → 3He+ + R•] и реагировать с органическим веществом, но процесс все еще сопровождается большой неопределенностью и вызовами.
При замене водорода в органических соединениях на тритий может быть получена смесь с ионами гидрида гелия, что является одним из подходов к исследованию гидрида гелия.
С 1980-х годов ученые начали предсказывать поведение ионов гидрида гелия в спектре и пытались установить длину волны их обнаружения в инфракрасном диапазоне. Эти усилия наконец дали предварительные результаты в эксперименте 2019 года.
Важность межзвездной и космической химии
Считается, что ионы гидрида гелия сыграли важную роль в формировании ранней Вселенной и имеют решающее значение для понимания химических процессов в ранней Вселенной. Образование этого соединения может влиять на формирование и эволюцию звезд и играет важную роль в богатых гелием белых карликах, изменяя непрозрачность газа и влияя на скорость остывания звезды.
Хотя ионы гидрида гелия чрезвычайно трудно сохранить в лабораториях на Земле, они могут образовываться в межзвездной среде в результате столкновений остывающих газов, что делает их важным индикатором наблюдаемой Вселенной. Однако его реакционная способность означает, что наблюдение за ним в межзвездной среде станет для ученых сложной задачей.
Ионы гидрида гелия — это не только передовая тема в научных исследованиях, но и важная часть нашего будущего понимания Вселенной.
На этом фоне будут ли ионы гидрида гелия продолжать оставаться важным объектом космохимических исследований и способствовать нашему пониманию химических процессов во Вселенной?
