Language
Country/Area
No result found
Độ ổn định đáng kinh ngạc của ion heli hydride: Tại sao nó không thể được lưu trữ trong môi trường thông thường?
Ion heli hydride (HeH+) là ion dương được tạo thành từ heli và hydro và có độ bền đáng kinh ngạc. Hợp chất này được cho là phân tử đầu tiên được tạo ra khi vũ trụ ra đời và lần đầu tiên được tạo ra trong phòng thí nghiệm vào năm 1925. Mặc dù tính ổn định của nó cho phép ion này được duy trì ở trạng thái cô lập, nhưng nó lại phản ứng cực mạnh trong điều kiện bình thường, khiến nó không thể được lưu trữ hoặc sử dụng trong môi trường thông thường.
Ion heli hydride được coi là axit mạnh nhất, thậm chí còn mạnh hơn cả axit fluoroantimonic.
Khả năng phản ứng của các ion heli hiđrua khiến chúng phản ứng dữ dội với bất kỳ phân tử nào chúng tiếp xúc, khiến chúng không thể được lưu trữ trong các thùng chứa. Khả năng phản ứng mạnh này có nghĩa là các phòng thí nghiệm cần có những phương pháp cụ thể để nghiên cứu tính chất hóa học của nó và thường phải tạo ra nó tại chỗ chứ không thể lưu trữ.
Điều đáng chú ý là bản chất phân cực của ion heli hydride khiến việc xác định nó tương đối đơn giản trong phương pháp quang phổ và nó có cùng cấu trúc điện tử với hydro phân tử (H2). Mômen lưỡng cực của ion heli hiđrua là khoảng 2,26 D, cho thấy sự không đồng nhất trong phân bố đám mây electron của nó. Khoảng 80% mật độ electron nằm gần hạt nhân heli, khiến các ion heli hydride thể hiện hành vi độc đáo trong các phản ứng hóa học.
Sự hiện diện của các ion heli hydride trong môi trường giữa các vì sao đã được nghi ngờ từ những năm 1970 và lần đầu tiên được phát hiện trong tinh vân NGC 7027 vào năm 2019.
Mặc dù các ion heli hydride có những tính chất vật lý và hóa học độc đáo, việc lưu trữ ổn định trong các thùng chứa là không thể. Cụ thể, ion này có thể nhận proton từ các phân tử như oxy, amoniac, lưu huỳnh đioxit và nước để tạo thành một loạt các chất mới. Trong quá trình này, bất kỳ phân tử nào tiếp xúc với nó sẽ bị proton hóa và không thể duy trì sự ổn định nữa.
Phương pháp nghiên cứu và thách thức kỹ thuật
Hóa học của ion heli hydride thường được khám phá bằng các kỹ thuật thực nghiệm đặc biệt, chẳng hạn như thay thế hydro trong hợp chất hữu cơ bằng triti và sau đó quan sát hành vi của các ion heli hydride thu được. Quá trình này có thể tạo ra các ion heli hydride [TR → 3He+ + R•] và phản ứng với chất hữu cơ, nhưng quá trình này vẫn đi kèm bởi những bất ổn và thách thức lớn.
Khi hydro trong hợp chất hữu cơ được thay thế bằng triti, có thể tạo ra hỗn hợp với các ion heli hydrua, đây là một trong những phương pháp nghiên cứu về heli hydrua.
Kể từ những năm 1980, các nhà khoa học đã bắt đầu dự đoán hành vi của các ion heli hydride trong quang phổ và cố gắng đặt bước sóng phát hiện của chúng trong phạm vi hồng ngoại. Những nỗ lực này cuối cùng đã tạo ra kết quả sơ bộ trong thí nghiệm năm 2019.
Tầm quan trọng của hóa học liên sao và vũ trụ
Các ion heli hydride được cho là một yếu tố quan trọng trong quá trình hình thành vũ trụ sơ khai và có vai trò thiết yếu trong việc hiểu các quá trình hóa học trong vũ trụ sơ khai. Sự hình thành hợp chất này có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành và tiến hóa của các ngôi sao, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong các sao lùn trắng giàu heli, làm thay đổi độ mờ đục của khí và ảnh hưởng đến tốc độ làm mát của ngôi sao.
Mặc dù các ion heli hydride cực kỳ khó bảo quản trong các phòng thí nghiệm trên Trái Đất, nhưng chúng có thể hình thành trong môi trường giữa các vì sao từ sự va chạm của các khí làm mát, khiến chúng trở thành đại diện quan trọng cho vũ trụ quan sát được. Tuy nhiên, khả năng phản ứng của nó có nghĩa là việc quan sát nó trong môi trường giữa các vì sao sẽ là một nhiệm vụ đầy thách thức đối với các nhà khoa học.
Ion heli hydride không chỉ là chủ đề tiên tiến trong nghiên cứu khoa học mà còn là một phần quan trọng trong sự hiểu biết tương lai của chúng ta về vũ trụ.
Trong bối cảnh này, liệu các ion heli hydride có tiếp tục là đối tượng quan trọng của nghiên cứu vũ trụ học và thúc đẩy sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình hóa học trong vũ trụ hay không?
