Ион гидрида гелия

В отличие от иона гидрида гелия, нейтральная молекула гидрида гелия не является стабильной в основном состоянии. Тем не менее, она существует в возбужденном состоянии, как эксимер (НеН*), и его спектр впервые был обнаружен в середине 1980-х годов.[8][9][10]

Нейтральная молекула является первой записью в базе данных Gmelin.[11]

Поскольку HeH⁺ не может храниться в какой-либо пригодной для использования форме, его химический состав должен быть изучен путём формирования его на месте.

Реакции с органическими веществами, например, могут быть изучены путем создания тритиевого производного желаемого органического соединения. Распад трития до ³Не⁺ с последующим его выделением атома водорода дает ³НеН⁺, который затем окружается органическим материалом и, в свою очередь, вступает в реакцию.[12]

HeH⁺ не может быть получен в конденсированной фазе, так как он передаст протон любому аниону, молекуле или атому, с которым он вступит в контакт. Было показано, что он протонирует O₂, NH₃, SO₂, H₂O и CO₂, давая O₂H⁺, NH₄⁺, HSO₂⁺, H₃O⁺ и HCO₂⁺[12]. Другие молекулы, такие как оксид азота, диоксид азота, закись азота, сероводород, метан, ацетилен, этилен, этан, метанол и ацетонитрил, реагируют, но распадаются из-за большого количества произведенной энергии.[12]

На самом деле, HeH⁺ является самой сильной из известных кислот с сродством к протону 177,8 кДж / моль.[13] Гипотетическая кислотность воды может быть оценена с использованием закона Гесса:

HeH+(g)	→	H+(g)	+ He(g)	+178 kJ/mol	[13]
HeH+(aq)	→	HeH+(g)		+973 kJ/mol
H+(g)	→	H+(aq)		−1530 kJ/mol
He(g)	→	He(aq)		+19 kJ/mol
HeH+(aq)	→	H+(aq)	+ He(aq)	−360 kJ/mol

Изменение свободной энергии диссоциации −360 кДж/моль эквивалентно a pK_a −63.

Дополнительные атомы гелия могут присоединяться к HeH ⁺ с образованием более крупных кластеров, таких как He₂H⁺, He₃H⁺, He₄H⁺, He₅H⁺ и He₆H⁺.[12]

Катион гидрида дигелия, He₂H⁺, образуется в результате реакции катиона дигелия с молекулярным водородом:

He₂⁺ + H₂ → He₂H⁺ + H

Это линейный ион с водородом в центре.[12]

Ион гексагелий гидрида, He₆H⁺, является особенно стабильным.[12]

Другие ионы гидрида гелия известны или были изучены теоретически. Ион дигидрида гелия или дигидридогелий (1+) НеH₂⁺, наблюдался с помощью микроволновой спектроскопии[14]. Он имеет расчетную энергию связи 25,1 кДж / моль, в то время как тригидридогелий (1+), НеH₃⁺, имеет расчётную энергию связи 0,42 кДж/моль[15].

Ион гидрида гелия образуется при распаде трития в молекуле HT или в молекуле трития T₂. Хотя она возбуждается отдачей от бета-распада, молекула остается связанной вместе.[17]

Считается, что это первое соединение, которое сформировалось во вселенной,[6] и имеет фундаментальное значение для понимания химии ранней вселенной.[18] Это связано с тем, что водород и гелий были почти единственными типами атомов, образовавшихся в результате нуклеосинтеза Большого взрыва. Звёзды, образованные из первичного материала, должны содержать HeH⁺, что может повлиять на их формирование и последующую эволюцию. В частности, его сильный дипольный момент делает его важным для непрозрачности звезд с нулевой металличностью.[6] Также считается, что HeH⁺ является важной составляющей атмосферы богатых гелием белых карликов, где он увеличивает непрозрачность газа и заставляет звезду медленнее охлаждаться.[19]

В качестве возможных мест, где может быть обнаружен HeH⁺, было предложено несколько мест. К ним относятся холодные гелиевые звёзды,[6] H II,[20] и плотные планетарные туманности[20] такие как NGC 7027.[18]

HeH⁺ может образовываться в охлаждающем газе за диссоциативными ударами в плотных межзвёздных облаках, такими как удары, вызванные звёздными ветрами, сверхновыми и истекающим материалом из молодых звёзд. Если скорость удара превышает 90 км/c, могут быть сформированы количества, достаточно большие для обнаружения. Если обнаружено, выбросы HeH⁺ будут полезными индикаторами шока.[21]