Methanium - Methanium - Wikipedia

methanium
Atom uhlíku, který má formální náboj +1, je jednoduše vázán na každý z pěti atomů vodíku
„Pravé“ methanium, metastabilní přechodný stav CH+
5
Atom uhlíku navázaný na každý ze tří atomů vodíku a zapojený do třícentrové dvou elektronové vazby se dvěma dalšími atomy vodíku, přičemž skupina jako celek nese náboj +1
Methanium, CH
3(H
2)+
Jména
Ostatní jména
karbonium (odrazeno kvůli několika definicím)[1]
Identifikátory
3D model (JSmol )
Vlastnosti
CH5+
Molární hmotnost17.050 g · mol−1
Konjugovaná základnaMetan
Struktura
trigonální bipyramidální
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

v chemie, methanium je komplex pozitivní ion se vzorcem [CH
3(H
2)]+, jmenovitě molekula s jednou uhlík atom vázané na tři vodík atomy a jedna molekula vodíku nesoucí +1 elektrický náboj. Je to superkyselina a jeden z ionty onia opravdu nejjednodušší uhlíkový ion.

Methanium lze v laboratoři vyrábět jako zředěný plyn nebo jako zředěný druh v superkyselinách. Poprvé byl připraven v roce 1950 a publikován v roce 1952 autorem Victor Talrose a jeho asistentka Anna Konstantinovna Lyubimova.[2][3] Vyskytuje se jako střední druhy v chemických reakcích.

Methaniový iont je pojmenován po metan (CH
4), analogicky s odvozením amonný ion (NH+
4) z amoniak (NH
3).

Struktura

Methanium lze vizualizovat jako a CH+
3 karbeniový ion s interakce molekuly vodíku s prázdným orbitálem v a 3-střed-2-elektronová vazba. Vazebný elektronový pár v H2 molekula je sdílena mezi dvěma atomy vodíku a jedním atomem uhlíku a tvoří 3-střed-2-elektronovou vazbu.[4]

Dva atomy vodíku v H2 molekula si může kontinuálně vyměňovat polohy se třemi atomy vodíku v CH+
3 ion (nazývá se změna konformace pseudorotace, konkrétně Berry mechanismus ). Methaniový iont je proto považován za a fluxionální molekula. Energetická bariéra pro výměnu je poměrně nízká a vyskytuje se i při velmi nízkých teplotách.[5][6]

Infračervená spektroskopie byl použit k získání informací o různých konformacích methaniového iontu.[7][8][9] IR spektrum prostého metanu má dva pásy C-H od symetrického a asymetrického roztažení kolem 3000 cm−1 a dva pásy kolem 1400 cm−1 ze symetrických a asymetrických ohybových vibrací. Ve spektru CH+
5 tři asymetrické protahovací vibrace jsou přítomny kolem 2800–3000 cm−1, houpací vibrace při 1300 cm−1a ohybová vibrace při 1100 1300 cm−1.

Příprava

Methanium lze připravit z methanu působením velmi silných kyselin, jako jsou kyselina fluoroantimonová (pentafluorid antimonitý SbF
5 v fluorovodík HF).[10]

Kolem 270 Pa tlaku a teploty okolí, methanového iontu CH+
4 bude reagovat s neutrálním methanem za vzniku methania a methylový radikál:[11]

CH+
4 + CH
4 → CH+
5 + CH•
3

Stabilita a reakce

Kationty získané reakcí methanu s SbF
5 + HF jsou stabilizovány interakcemi s molekulami HF.

Při nízkých tlacích (přibližně 1 mmHg) a okolních teplotách je methanium nereaktivní vůči neutrálnímu methanu.[11]

Reference

  1. ^ Chemistry, International Union of Pure and Applied (2009). uhlíkový ion. IUPAC Kompendium chemické terminologie. IUPAC. doi:10.1351 / goldbook.C00839. ISBN  978-0-9678550-9-7. Citováno 27. listopadu 2018.
  2. ^ V. L. Talrose a A. K. Lyubimova, Dokl. Akad. Nauk SSSR 86, 909-912 (1952) (v ruštině: Тальрозе, В. Л. a А. К. Любимова. "Вторичные процессы в ионном источнике масс-сасс са с саас са са сас са са са са са са са" са "са" са са ""
  3. ^ Nikolaev, Eugene (1998). „Victor Talrose: ocenění“. Journal of Mass Spectrometry. 33 (6): 499–501. Bibcode:1998JMSp ... 33..499N. doi:10.1002 / (SICI) 1096-9888 (199806) 33: 6 <499 :: AID-JMS684> 3.0.CO; 2-C. ISSN  1076-5174.
  4. ^ Rasul, Golam; Prakash, G.K. Surya; Olah, George A. (2011). „Srovnávací studie hyperkoordinovaných iontů uhlíku a jejich analogů boru: výzva pro spektroskopisty“. Dopisy o chemické fyzice. 517 (1–3): 1–8. Bibcode:2011CPL ... 517 .... 1R. doi:10.1016 / j.cplett.2011.10.020.
  5. ^ Schreiner, Peter R .; Kim, Seung-Joon; Schaefer, Henry F .; von Ragué Schleyer, Paul (1993). "CH+
    5    : Nekonečný příběh nebo poslední slovo? “. Journal of Chemical Physics. 99 (5): 3716–3720. doi:10.1063/1.466147.
  6. ^ Müller, Hendrik; Kutzelnigg, Werner; Noga, Jozef; Klopper, Wim (1997). „CH5 +: Příběh pokračuje. Výslovně korelovaná studie sdružených klastrů“. Journal of Chemical Physics. 106 (5): 1863. doi:10.1063/1.473340.
  7. ^ White, Edmund T .; Tang, Jian; Dobře, Takeshi (1999). "CH+
    5    : Pozorováno infračervené spektrum ". Věda. 284 (5411): 135. Bibcode:1999Sci ... 284..135W. doi:10.1126 / science.284.5411.135. PMID  10102811.
  8. ^ Oskar Asvany, Padma Kumar P; Redlich, Britta; Hegemann, Ilka; Schlemmer, Stephan; Marx, Dominik (2005). „Pochopení infračerveného spektra holé CH+
    5    ". Věda. 309 (5738): 1219–1222. Bibcode:2005Sci ... 309.1219A. doi:10.1126 / science.1113729. PMID  15994376. S2CID  28745636.
  9. ^ Huang, Xinchuan; McCoy, Anne B .; Bowman, Joel M.; Johnson, Lindsay M .; Savage, Chandra; Dong, Feng; Nesbitt, David J. (2006). "Kvantová dekonstrukce infračerveného spektra CH+
    5    "    . Věda. 311 (5757): 60–63. Bibcode:2006Sci ... 311 ... 60H. doi:10.1126 / science.1121166. PMID  16400143. S2CID  26158108.
  10. ^ Sommer, J .; Jost, R. (2000). „Karbeniové a uhlíkové ionty v aktivaci malých alkanů katalyzované kapalnými a pevnými superkyselinami“ (PDF). Čistá a aplikovaná chemie. 72 (12): 2309–2318. doi:10.1351 / pac200072122309. S2CID  46627813.
  11. ^ A b Field, F. H .; Munson, M. S. B. (1965). „Reakce plynných iontů. XIV. Hmotnostní spektrometrické studie methanu při tlaku 2 Torr“. Journal of the American Chemical Society. 87 (15): 3289–3294. doi:10.1021 / ja01093a001.