Argonium - Argonium - Wikipedia

Argonium
Argonium-3D-vdW.png
Jména
Ostatní jména
Hydridoargon (1+)
argon hydridový kation[1]
protonovaný argon[2]
Identifikátory
3D model (JSmol )
2
Vlastnosti
ArH+
Molární hmotnost40.956 g · mol−1
Konjugovaná základnaArgon
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Argonium (nazývané také argon hydridový kation, ion hydridoargonu (1+)nebo protonovaný argon; chemický vzorec ArH+) je kation kombinující a proton a argon atom. Může být vyroben v elektrický výboj, a byl první ušlechtilý plyn molekulární iont, který se nachází v mezihvězdném prostoru.[3]

Vlastnosti

Argonium je izoelektronický s chlorovodík. Jeho dipólový moment je 2,18D pro základní stav.[4] The vazebná energie je 369 kJ mol−1[5] (2,9 eV[6]). To je menší než u H+
3 a mnoho dalších protonované druhy, ale více než to H+
2.[5]

Životnosti různých vibračních stavů se liší podle izotopu a zkracují se pro rychlejší vysokoenergetické vibrace:

Životnosti (ms)[7]
protiArH+ArD+
12.289.09
21.204.71
30.853.27
40.642.55
50.462.11

Silová konstanta ve vazbě se vypočítá při 3,88 mdyne / Å2.[8]

Reakce

  • ArH+ + H2 → Ar + H+
    3    [5]
  • ArH+ + C → Ar + CH+
  • ArH+ + N → Ar + NH+
  • ArH+ + O → Ar + ACH+
  • ArH+ + CO → Ar + COH+[5]

Ale stane se obrácená reakce:

  • Ar + H+
    2     → ArH+ + H.[5]
  • Ar + H+
    3     → * ArH+ + H2[5]

Ar+ + H2 má průřez 10−18 m2 pro nízkou energii. Vážně klesá pro energie nad 100 eV[9]Ar + H+
2 má průřezovou plochu 6×10−19 m2 pro nízkou energii H+
2, ale když energie překročí 10 eV, výtěžek se sníží a další Ar+ a H2 místo toho se vyrábí.[9]

Ar + H+
3 má maximální výtěžek ArH+ pro energie mezi 0,75 a 1 eV s průřezem 5×10−20 m2. 0,6 eV je zapotřebí k tomu, aby reakce pokračovala vpřed. Více než 4 eV více Ar+ a H ​​se začne objevovat.[9]

Argonium se také vyrábí z Ar+ ionty produkované kosmické paprsky a rentgenové záření z neutrálního argonu.

  • Ar+ + H2 → * ArH+ + H[5] 1,49 eV[6]

Když ArH+ narazí na elektron, může dojít k disociační rekombinaci, ale pro elektrony s nižší energií je extrémně pomalá, což umožňuje ArH+ přežít mnohem déle než mnoho jiných podobných protonovaných kationů.

  • ArH+ + e− → Ar + H[5]

Protože ionizační potenciál atomů argonu je nižší než u atomů vodíku (na rozdíl od helia nebo neonů), reaguje argonový iont s molekulárním vodíkem, ale u heliových a neonových iontů odstraní elektron z molekuly vodíku.[5]

  • Ar+ + H2 → ArH+ + H[5]
  • Ne+ + H2 → Ne + H+ + H (disociativní přenos náboje)[5]
  • On+ + H2 → He + H+ + H[5]

Spektrum

Umělé ArH+ vyrobený ze zemského argonu obsahuje převážně izotop 40Spíše než kosmicky hojný 36Ar. Uměle se vyrábí elektrickým výbojem směsí argonu a vodíku.[10] Brault a Davis byli první, kdo detekoval molekulu pomocí infračervené spektroskopie ke sledování pásem vibrací a rotace.[10]

Daleko infračervené spektrum 40Ar1H+[10]36Ar38Ar[4]
Přechodpozorovaná frekvence
JGHz
1←0615.8584617.525615.85815
2←11231.27121234.602
3←21845.7937
4←32458.9819
5←43080.3921
6←53679.5835
7←64286.1150
21←2012258.483
22←2112774.366
23←2213281.119

UV spektrum má dva absorpční body, které vedou k rozpadu iontů. Převod 11,2 eV na B1Stav Π má nízký dipól, a proto málo absorbuje. 15,8 eV k odpudivému A1Σ+ stav je na kratší vlnové délce než Lymanův limit, a tak ve vesmíru existuje jen velmi málo fotonů, které by to dokázaly.[5]

Přirozený výskyt

ArH+ vyskytuje se v mezihvězdné difúzi atomový vodík plyn. Aby vzniklo argonium, zlomek molekulární vodík H2 musí být v rozsahu 0,0001 až 0,001. Různé molekulární ionty se tvoří v korelaci s různými koncentracemi H2. Argonium je detekováno jeho absorpčními linkami na 617,525 GHz (J = 1 → 0) a 1234,602 GHz (J = 2 → 1). Tyto řádky jsou způsobeny izotopologem 36Ar1H+ prochází rotačními přechody. Čáry byly detekovány ve směru ke galaktickému středu SgrB2 (M) a SgrB2 (N), G34,26 + 0,15, W31C (G10,62-0,39), W49 (N), a W51e kde jsou však pozorovány absorpční linie, argonium pravděpodobně nebude v mikrovlnném zdroji, ale v plynu před ním.[5] Emisní potrubí se nachází v Krabí mlhovina.[6]

V Krabí mlhovině ArH+ vyskytuje se na několika místech odhalených emisními linkami. Nejsilnější místo je v jižním vláknu. Toto je také místo s nejsilnější koncentrací Ar+ a Ar2+ ionty.[6] Hustota kolony ArH+ v Krabí mlhovině je mezi 1012 a 1013 atomů na centimetr čtvereční.[6] Energie potřebná k excitaci iontů, aby mohla emitovat, pochází ze srážek s elektrony nebo molekulami vodíku.[6] Směrem do středu Mléčné dráhy byla hustota sloupce ArH+ je kolem 2×1013 cm−2.[5]

Dva izotopologové argonia 36ArH+ a 38ArH+ je známo, že jsou ve vzdálené nejmenované galaxii s z = 0,88582 (vzdálený 7,5 miliardy světelných let), který je v přímé viditelnosti k blazar PKS 1830-211.[4]

Elektronová neutralizace a destrukce argonia překonává rychlost tvorby v prostoru, pokud H2 koncentrace je pod 1 z 10−4.[11]

Dějiny

Pomocí McMathova solárního Fourierova transformačního spektrometru při Kitt Peak National Observatory, James W. Brault a Sumner P. Davis pozorovali ArH+ vibrační rotační infračervené vedení poprvé.[12] J. W. C. Johns také pozoroval infračervené spektrum.[13]

Použití

Argon usnadňuje reakci tritium (T.2) s dvojnými vazbami v mastných kyselinách tvorbou ArT+ (tritium argonium) meziprodukt.[14] Když zlato je prskal s argon-vodíkovou plazmou je skutečné vytěsnění zlata provedeno ArH+.[15]

Reference

  1. ^ NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database, NIST Standard Reference Database Number 101. Release 19, April 2018, Editor: Russell D. Johnson III. http://cccbdb.nist.gov/
  2. ^ Neufeld, David A .; Wolfire, Mark G. (2016). „Chemistry of Interstellar Argonium and Other Probes of the Molecular Fraction in Difuse Clouds“. Astrofyzikální deník. 826 (2): 183. arXiv:1607.00375. Bibcode:2016ApJ ... 826..183N. doi:10,3847 / 0004-637X / 826/2/183.
  3. ^ Quenqua, Douglas (13. prosince 2013). „Vznešené molekuly nalezené ve vesmíru“. The New York Times. Citováno 26. září 2016.
  4. ^ A b C Müller, Holger S. P .; Muller, Sébastien; Schilke, Peter; Bergin, Edwin A .; Black, John H .; Gerin, Maryvonne; Lis, Dariusz C .; Neufeld, David A .; Suri, Sümeyye (7. října 2015). „Detekce extragalaktického argonia, ArH+, směrem k PKS 1830-211 ". Astronomie a astrofyzika. 582: L4. arXiv:1509.06917. Bibcode:2015A & A ... 582L ... 4M. doi:10.1051/0004-6361/201527254.
  5. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó Schilke, P .; Neufeld, D. A .; Müller, H. S. P .; Comito, C .; Bergin, E. A .; Lis, D. C .; Gerin, M .; Black, J. H .; Wolfire, M .; Indriolo, N .; Pearson, J. C .; Menten, K. M .; Winkel, B .; Sánchez-Monge, Á .; Möller, T .; Godard, B .; Falgarone, E. (4. června 2014). „Všudypřítomné argonium (ArH+) v difuzním mezihvězdném médiu: Molekulární stopovač téměř čistě atomového plynu “. Astronomie a astrofyzika. 566: A29. arXiv:1403.7902. Bibcode:2014A & A ... 566A..29S. doi:10.1051/0004-6361/201423727.
  6. ^ A b C d E F Barlow, M. J .; Swinyard, B. M .; Owen, P. J .; Cernicharo, J .; Gomez, H.L .; Ivison, R. J .; Krause, O .; Lim, T. L .; Matsuura, M .; Miller, S .; Olofsson, G .; Polehampton, E. T. (12. prosince 2013). „Detekce molekulárního iontu ušlechtilého plynu, 36ArH +, v Krabí mlhovině“. Věda. 342 (6164): 1343–1345. arXiv:1312.4843. Bibcode:2013Sci ... 342.1343B. doi:10.1126 / science.1243582. PMID  24337290.
  7. ^ Pavel Rosmus (1979). "Molekulární konstanty pro 1Σ+ Základní stav ArH+ Ion". Theoretica Chimica Acta. 51 (4): 359–363. doi:10.1007 / BF00548944.
  8. ^ Fortenberry, Ryan C. (červen 2016). „Kvantová astrochemická spektroskopie“. International Journal of Quantum Chemistry. 117 (2): 81–91. doi:10,1002 / qua.25180.
  9. ^ A b C Phelps, A. V. (1992). "Srážky H+, H+
    2    , H+
    3    , ArH+, H−, H a H2 s Ar a Ar+ a ArH+ s H.2 pro energie od 0,1 eV do 10 keV ". J. Phys. Chem. Čj. Data. 21 (4). doi:10.1063/1.555917.
  10. ^ A b C Brown, John M .; Jennings, D.A .; Vanek, M .; Zink, L.R .; Evenson, K.M. (Duben 1988). „Čisté rotační spektrum ArH +“. Journal of Molecular Spectroscopy. 128 (2): 587–589. Bibcode:1988JMoSp.128..587B. doi:10.1016/0022-2852(88)90173-7.
  11. ^ David A. Neufeld; Mark G. Wolfire (1. července 2016). "Chemie mezihvězdného argonia a dalších sond molekulární frakce v difuzních mračnech". Astrofyzikální deník. 826 (2): 183. arXiv:1607.00375. Bibcode:2016ApJ ... 826..183N. doi:10,3847 / 0004-637X / 826/2/183.
  12. ^ Brault, James W; Davis, Sumner P (1. února 1982). „Základní pásma vibrací a rotace a molekulární konstanty pro ArH+ Základní stav (1Σ+ )". Physica Scripta. 25 (2): 268–271. Bibcode:1982PhyS ... 25..268B. doi:10.1088/0031-8949/25/2/004.
  13. ^ Johns, J.W.C. (Červenec 1984). "Spektra protonovaných vzácných plynů". Journal of Molecular Spectroscopy. 106 (1): 124–133. Bibcode:1984JMoSp.106..124J. doi:10.1016/0022-2852(84)90087-0.
  14. ^ Peng, C. T. (duben 1966). "Mechanismus přidání tritia k oleátu expozicí plynnému tritiu". The Journal of Physical Chemistry. 70 (4): 1297–1304. doi:10.1021 / j100876a053. PMID  5916501.
  15. ^ Jiménez-Redondo, Miguel; Cueto, Maite; Doménech, José Luis; Tanarro, Isabel; Herrero, Víctor J. (3. listopadu 2014). „Kinetika iontů v Ar / H2 studená plazma: význam ArH+" (PDF). RSC zálohy. 4 (107): 62030–62041. doi:10.1039 / C4RA13102A. ISSN  2046-2069. PMC  4685740. PMID  26702354.