изоцианид водорода
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| ИЮПАК имена изоцианид водорода азанилидинийметанид | |||
| Другие имена изогидроциановая кислота гидроизоциановая кислота изопросиновая кислота | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) | |||
| 2069401 | |||
| ЧЭБИ | |||
| ХимическийПаук | |||
| 113 | |||
ПабХим CID | |||
| Характеристики | |||
| HNC | |||
| Молярная масса | 27.03 g/mol | ||
| Конъюгатная кислота | Гидроцианоний | ||
| Сопряженная база | Цианид | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
Изоцианид водорода представляет собой химическое вещество с молекулярной формулой HNC. Это минорный таутомер ( цианистого водорода HCN). Его важность в области астрохимии связана с его повсеместным распространением в межзвездной среде .
Номенклатура
[ редактировать ]И изоцианид водорода , и азанилидинийметанид являются правильными названиями IUPAC для HNC. не существует Предпочтительного названия IUPAC . Второй - по замещающей номенклатуры правилам , получен из исходного гидрида азана ( NH 3 ) и анион метанид ( Ч - 3 ). [1]
Молекулярные свойства
[ редактировать ]Изоцианид водорода (HNC) представляет собой линейную трехатомную молекулу с C ∞v симметрией точечной группы . Это цвиттер-ион и изомер цианида водорода (HCN). [2] И HNC, и HCN имеют большие одинаковые дипольные моменты : μ HNC = 3,05 Дебая и μ HCN = 2,98 Дебая соответственно. [3] Эти большие дипольные моменты облегчают наблюдение этих видов в межзвездной среде .
HNC-HCN таутомерия
[ редактировать ]Так как HNC по энергии выше HCN на 3920 см. −1 (46,9 кДж/моль), можно предположить, что они будут иметь равновесное соотношение. при температуре ниже 100 Кельвин 10 −25 . [4] Однако наблюдения показывают совсем другой вывод; намного выше 10 −25 , и фактически имеет порядок единицы в холодных условиях. Это связано с потенциальным энергетическим путем реакции таутомеризации; существует барьер активации порядка 12 000 см. −1 чтобы произошла таутомеризация, что соответствует температуре, при которой ГНК уже был бы разрушен нейтрально-нейтральными реакциями. [5]
![{\textstyle \left({\frac {[HNC]}{[HCN]}}\right)_{eq}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9946fd6d39f47bca239a36b586eb8713fca9ee74)
![{\textstyle \left({\frac {[HNC]}{[HCN]}}\right)_{observed}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9de0d6165221ef7a08b2139f903f72341f87a06f)
Спектральные свойства
[ редактировать ]На практике HNC почти исключительно наблюдается астрономически с использованием перехода J = 1→0. Этот переход происходит на частоте ~90,66 ГГц, что является точкой хорошей видимости в атмосферном окне , что делает астрономические наблюдения HNC особенно простыми. Многие другие родственные виды (включая HCN) наблюдаются примерно в том же окне. [6] [7]
Значение в межзвездной среде
[ редактировать ]HNC неразрывно связан с образованием и разрушением множества других важных молекул в межзвездной среде, помимо очевидных партнеров HCN, протонированного цианида водорода (HCNH + ) и цианид (CN) HNC связан с содержанием многих других соединений либо напрямую, либо через несколько степеней разделения. Таким образом, понимание химии HNC приводит к пониманию бесчисленного множества других видов — HNC является неотъемлемой частью сложной головоломки, представляющей межзвездную химию.
Кроме того, HNC (наряду с HCN) является широко используемым индикатором плотного газа в молекулярных облаках. Помимо возможности использования HNC для исследования гравитационного коллапса как средства звездообразования, содержание HNC (по отношению к содержанию других азотистых молекул) можно использовать для определения эволюционной стадии протозвездных ядер. [3]
ОХС + Линейное соотношение /HNC эффективно используется в качестве меры плотности газа. [8] Эта информация дает хорошее представление о механизмах формирования (ультра-)светящихся инфракрасных галактик ((U)LIRG), поскольку предоставляет данные о ядерной среде, звездообразовании и даже подпитке черных дыр . Кроме того, соотношение линий HNC/HCN используется для различения областей фотодиссоциации и областей рентгеновской диссоциации на том основании, что [HNC]/[HCN] примерно равно единице в первом, но больше единицы во втором.
Изучение HNC относительно простое, что является основной мотивацией для его исследования. Его переход J = 1→0 происходит в светлой части атмосферного окна и он имеет многочисленные изотопомеры, которые легко изучать. Кроме того, его большой дипольный момент делает наблюдения особенно простыми. Более того, HNC является принципиально простой по своей молекулярной природе молекулой. Это делает изучение путей реакций, которые приводят к его образованию и разрушению, хорошим способом получить представление о механизме этих реакций в космосе. Кроме того, исследование таутомеризации HNC в HCN (и наоборот), которое широко изучалось, было предложено в качестве модели, с помощью которой можно изучать более сложные реакции изомеризации. [5] [9] [10]
Химия в межзвездной среде
[ редактировать ]HNC встречается в основном в плотных молекулярных облаках, хотя в межзвездной среде он распространен повсеместно. Его численность тесно связана с содержанием других азотсодержащих соединений. [11] HNC образуется преимущественно за счет диссоциативной рекомбинации HNCH . + и Н 2 НЗ + , и он разрушается преимущественно за счет ионно-нейтральных реакций с H +
3 и С + . [12] [13] Расчеты скорости были выполнены при 3,16 × 10 5 лет, что считается ранним временем, и 20 К, что является типичной температурой для плотных молекулярных облаков. [14] [15]
| Реакции образования | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Реагент 1 | Реагент 2 | Продукт 1 | Продукт 2 | Константа скорости | Скорость/[H 2 ] 2 | Относительная ставка |
| ВКНЗ + | и − | HNC | ЧАС | 9.50 × 10 −8 | 4.76 × 10 −25 | 3.4 |
| Н 2 НЗ + | и − | HNC | ЧАС | 1.80 × 10 −7 | 1.39 × 10 −25 | 1.0 |
| Реакции разрушения | ||||||
| Реагент 1 | Реагент 2 | Продукт 1 | Продукт 2 | Константа скорости | Скорость/[H 2 ] 2 | Относительная ставка |
| Н + 3 | HNC | ВКНЗ + | Ч 2 | 8.10 × 10 −9 | 1.26 × 10 −24 | 1.7 |
| С + | HNC | С 2 Н + | ЧАС | 3.10 × 10 −9 | 7.48 × 10 −25 | 1.0 |
Эти четыре реакции являются всего лишь четырьмя наиболее доминирующими и, следовательно, наиболее значимыми в формировании содержания HNC в плотных молекулярных облаках; существуют еще десятки реакций образования и разрушения ГНК. Хотя эти реакции в первую очередь приводят к образованию различных протонированных частиц, HNC тесно связан с содержанием многих других азотсодержащих молекул, например, NH 3 и CN. [11] Численность HNC также неразрывно связана с распространенностью HCN, и они имеют тенденцию существовать в определенном соотношении, зависящем от окружающей среды. [12] Это связано с тем, что реакции, в результате которых образуется HNC, часто могут также образовывать HCN, и наоборот, в зависимости от условий, в которых протекает реакция, а также от того, что существуют реакции изомеризации для этих двух видов.
Астрономические открытия
[ редактировать ]HCN (не HNC) был впервые обнаружен в июне 1970 года Л. Е. Снайдером и Д. Булем с помощью 36-футового радиотелескопа Национальной радиоастрономической обсерватории. [16] Основной молекулярный изотоп H 12 С 14 N наблюдался через переход J = 1→0 на частоте 88,6 ГГц в шести различных источниках: W3 (OH), Orion A, Sgr A(NH3A), W49, W51, DR 21(OH). Вторичный молекулярный изотоп H 13 С 14 N наблюдался через переход J = 1→0 на частоте 86,3 ГГц только в двух из этих источников: Орион А и Sgr A(NH3A). Позднее HNC была обнаружена внегалактически в 1988 году с помощью 30-метрового телескопа IRAM на Пико-де-Велета в Испании. [17] Это наблюдалось по переходу J = 1 → 0 на частоте 90,7 ГГц в сторону IC 342.
Ближе к концу подтверждения температурной зависимости соотношения содержания [HNC]/[HCN] был сделан ряд обнаружений. Точное соответствие между температурой и соотношением численности позволит наблюдателям спектроскопически обнаружить это соотношение, а затем экстраполировать температуру окружающей среды, что позволит лучше понять окружающую среду этого вида. Соотношение распространенности редких изотопов HNC и HCN вдоль ОМС-1 различается более чем на порядок в теплых регионах по сравнению с холодными. [18] В 1992 г. были измерены содержания HNC, HCN и дейтерированных аналогов вдоль хребта и ядра ОМС-1 и подтверждена температурная зависимость соотношения содержаний. [6] Исследование гигантского молекулярного облака W 3 в 1997 году показало наличие более 24 различных молекулярных изотопов, включающих более 14 различных химических видов, включая HNC, HN. 13 С и Н 15 НК. Это исследование дополнительно подтвердило температурную зависимость соотношения содержания [HNC]/[HCN], на этот раз даже подтвердив зависимость изотопомеров. [19]
Это не единственные важные открытия HNC в межзвездной среде. В 1997 г. HNC наблюдался вдоль хребта ТМС-1 и его численность относительно HCO. + Было обнаружено, что он постоянен вдоль хребта - это привело к подтверждению пути реакции, согласно которому HNC первоначально образуется из HCO. + . [7] Одно важное астрономическое открытие, продемонстрировавшее практическое использование наблюдений HNC, произошло в 2006 году, когда большое количество различных азотистых соединений (включая HN 13 С и Ч 15 NC) были использованы для определения стадии эволюции протозвездного ядра Cha-MMS1 на основе относительных величин численности. [3]
11 августа 2014 года астрономы опубликовали исследования с использованием Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) впервые в которых подробно описано распределение HCN , HNC, H 2 CO и пыли внутри ком комет , C/2012 F6 ( Леммон) и C/2012 S1 (ISON) . [20] [21]
См. также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Суффикс илидин относится к потере трех атомов водорода от атома азота в азании ( [НХ 4 ] + ) См. Таблицу III Красной книги ИЮПАК 2005 г. , «Суффиксы и окончания», стр. 257.
- ^ Пау, Чин Фонг; Хере, Уоррен Дж. (1 февраля 1982 г.). «Теплота образования изоцианида водорода методом ионно-циклотронной спектроскопии двойного резонанса». Журнал физической химии . 86 (3): 321–322. дои : 10.1021/j100392a006 . ISSN 0022-3654 .
- ^ Jump up to: а б с Теннекес, ПП; и др. (2006). «Картирование HCN и HNC протозвездного ядра Хамелеон-MMS1». Астрономия и астрофизика . 456 (3): 1037–1043. arXiv : astro-ph/0606547 . Бибкод : 2006A&A...456.1037T . дои : 10.1051/0004-6361:20040294 . S2CID 54492819 .
- ^ Хирота, Т.; и др. (1998). «Обилие HCN и HNC в ядрах темных облаков» . Астрофизический журнал . 503 (2): 717–728. Бибкод : 1998ApJ...503..717H . дои : 10.1086/306032 .
- ^ Jump up to: а б Бентли, Дж.А.; и др. (1993). «Высококолебательно возбужденный HCN/HNC: собственные значения, волновые функции и спектры накачки вынужденного излучения» . Дж. Хим. Физ . 98 (7): 5209. Бибкод : 1993ЖЧФ..98.5207Б . дои : 10.1063/1.464921 .
- ^ Jump up to: а б Шильке, П.; и др. (1992). «Исследование HCN, HNC и их изотопомеров в OMC-1. I. Распространенность и химия». Астрономия и астрофизика . 256 : 595–612. Бибкод : 1992A&A...256..595S .
- ^ Jump up to: а б Пратап, П.; и др. (1997). «Исследование физики и химии ТМС-1» . Астрофизический журнал . 486 (2): 862–885. Бибкод : 1997ApJ...486..862P . дои : 10.1086/304553 . ПМИД 11540493 .
- ^ Лоенен, А.Ф.; и др. (2007). «Молекулярные свойства (U)LIRG: CO, HCN, HNC и HCO. + ". Труды симпозиума IAU . 242 : 1–5. arXiv : 0709.3423 . Бибкод : 2007IAUS..242..462L . doi : 10.1017/S1743921307013609 . S2CID 14398456 .
- ^ Скурский, П.; и др. (2001). " Ab initio электронная структура HCN − и HNC − диполь-связанные анионы и описание потери электронов при таутомеризации». J. Chem. Phys . 114 (17): 7446. Bibcode : 2001JChPh.114.7443S . doi : 10.1063/1.1358863 .
- ^ Якубец, В.; Лан, Б.Л. (1997). «Моделирование сверхбыстрой селективной по состоянию изомеризации цианида водорода, контролируемой ИК-лазером, на основе глобального трехмерного ab initio потенциала и дипольных поверхностей». хим. Физ . 217 (2–3): 375–388. Бибкод : 1997CP....217..375J . дои : 10.1016/S0301-0104(97)00056-6 .
- ^ Jump up to: а б Тернер, Б.Э.; и др. (1997). «Физика и химия малых полупрозрачных молекулярных облаков. VIII. HCN и HNC» . Астрофизический журнал . 483 (1): 235–261. Бибкод : 1997ApJ...483..235T . дои : 10.1086/304228 .
- ^ Jump up to: а б Хираока, К.; и др. (2006). «Как образуются CH 3 OH, HNC/HCN и NH 3 в межзвездной среде?». Конференция АИП. Проц . 855 : 86–99. Бибкод : 2006AIPC..855...86H . дои : 10.1063/1.2359543 .
- ^ Доти, SD; и др. (2004). «Физико-химическое моделирование маломассивной протозвезды IRAS 16293-2422». Астрономия и астрофизика . 418 (3): 1021–1034. arXiv : astro-ph/0402610 . Бибкод : 2004A&A...418.1021D . дои : 10.1051/0004-6361:20034476 . S2CID 2960790 .
- ^ «База данных UMIST по астрохимии» .
- ^ Миллар, Ти Джей; и др. (1997). «База данных UMIST по астрохимии 1995». Серия дополнений по астрономии и астрофизике . 121 : 139–185. arXiv : 1212.6362 . Бибкод : 1997A&AS..121..139M . дои : 10.1051/aas:1997118 .
- ^ Снайдер, Ле; Буль, Д. (1971). «Наблюдения радиоизлучения межзвездного цианида водорода». Астрофизический журнал . 163 : L47–L52. Бибкод : 1971ApJ...163L..47S . дои : 10.1086/180664 .
- ^ Хенкель, К.; и др. (1988). «Молекулы во внешних галактиках: обнаружение CN, C 2 H и HNC и предварительное обнаружение HC 3 N». Астрономия и астрофизика . 201 : L23–L26. Бибкод : 1988A&A...201L..23H .
- ^ Голдсмит, ПФ; и др. (1986). «Вариации соотношения содержания HCN/HNC в молекулярном облаке Ориона». Астрофизический журнал . 310 (1): 383–391. Бибкод : 1986ApJ...310..383G . дои : 10.1086/164692 . ПМИД 11539669 .
- ^ Хельмих, ФП; ван Дишок, EF (1997). «Физические и химические изменения в области звездообразования W3» . Астрономия и астрофизика . 124 (2): 205–253. Бибкод : 1997A&AS..124..205H . дои : 10.1051/aas:1997357 . HDL : 1887/2219 .
- ^ Зубрицкий, Елизавета; Нил-Джонс, Нэнси (11 августа 2014 г.). «РЕЛИЗ 14-038 — Трехмерное исследование комет НАСА показывает, что химический завод работает» . НАСА . Проверено 12 августа 2014 г.
- ^ Кординер, Массачусетс; и др. (11 августа 2014 г.). «Картирование выброса летучих веществ во внутренней коме комет C/2012 F6 (Леммон) и C/2012 S1 (ISON) с использованием большой миллиметровой/субмиллиметровой матрицы Атакамы». Астрофизический журнал . 792 (1): Л2. arXiv : 1408.2458 . Бибкод : 2014ApJ...792L...2C . дои : 10.1088/2041-8205/792/1/L2 . S2CID 26277035 .
