Аргид магния
магния аргида Ион MgAr + представляет собой ион, состоящий из одного ионизированного атома магния , Mg + и атом аргона . Это важно в масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и при исследовании поля вокруг иона магния. [ 1 ] Потенциал ионизации магния ниже, чем в первом состоянии возбуждения аргона, поэтому положительный заряд в MgAr + будет находиться на атоме магния. Нейтральные молекулы MgAr могут существовать и в возбужденном состоянии .
Спектр
[ редактировать ]Спектр MgAr + можно наблюдать. Это похоже на Mg + , однако некоторые линии смещены в синий цвет, а другие — в красный. В мг + основное состояние называется 2 S. В первом возбужденном состоянии 3s-электрон перемещается на 3p-орбиталь, и это состояние называется 2 П. Но из-за спин-орбитального взаимодействия он фактически расщепляется на 2 П 1/2 и 2 П 3 ⁄ 2 с энергией 35 669 и 35 761 см. −1 . [ 1 ] Для сравнения, ионная молекула имеет основное состояние, называемое 2 С + . Соответствующее возбужденное состояние существенно разделяется на два в зависимости от того, направлена ли p-орбиталь магния на аргон или перпендикулярна. Когда электрон на p-орбитали перпендикулярен оси Mg-Ar, аргон воспринимает большую электростатическую силу со стороны атома магния и более прочно связан. Это снижает энергетический уровень того, что называется 2 Уровень П. Это тоже делится на 2 П 1/2 и 2 П 3 ⁄ 2 . Когда возбужденный электрон находится на одной линии с аргоном, такое состояние называется 2 С + и соответствует только 2 П 3/2 и . так не делится [ 1 ]
МгАр + в спектре видны полосы, первая из которых находится на частоте 31 396 см. −1 , который имеет красное смещение на 4300 см. −1 из мг + . Полоса синего цвета деградировала. Группа состоит из серии дублетов. Две строчки в дублете разделены 75 см. −1 , а от одной пары к следующей – 270 см. −1 . Эта полоса обусловлена A 2 Π ← X 2 С + . [ 1 ]
Характеристики
[ редактировать ]В основном состоянии энергия связи или MgAr + равна 1281 см-1. −1 и в А 2 П 1/2 см . состояние 5554 −1 (3,66 ккал/моль). [ 1 ] А 2 П Состояние 1/2 . имеет более прочную связь, поскольку ap-электрон меньше перекрывает атом аргона и, следовательно, имеет меньшее отталкивание [ 2 ] Энергия диссоциации иона в основном состоянии равна 1295 см-1. −1 (15 кДж/моль). [ 3 ]
Длина связи составляет 2,854 Å для основного состояния и 2,406 Å для возбужденного состояния. 2 По прогнозам, Π-состояние будет иметь радиационное время жизни около 6 наносекунд. [ 2 ]
Нейтральная молекула
[ редактировать ]Объединенный MgAr (магний-аргон) также может существовать в виде молекулы Ван-дер-Ваальса или временно в возбужденном состоянии, называемом молекулой Ридберга . [ 4 ] Нейтральная молекула может быть образована путем испарения металлического магния с помощью лазера в газообразный аргон, а затем расширения его посредством сверхзвуковой струи. [ 5 ] При испарении многие атомы магния переходят в состояние 3s3p (из основного 3s3s). Затем они могут присоединить атом аргона посредством трехчастичного столкновения, чтобы получить Mg(3s3pπ 3 П Дж )Ар 3 П. Тогда это возбужденное состояние может терять энергию в результате столкновений с образованием Mg(3s3pπ 3 П Дж )Ар 3 0− 0+, . [ 6 ] MgAr в основном удерживается вместе дисперсионными силами , которые изменяются пропорционально шестой степени разделения. Основное состояние MgAr имеет электронную конфигурацию Mg(3s3s 1 S 0 )Ar 1 С + . [ 7 ] К триплетным состояниям с одним возбужденным электроном относятся Mg(3s3pπ 3 P 0 )Ar 3 Π 0+ , Mg(3s4s 3 С 1 )Ар 3 С + , Mg(3s3dδ 3 DJ ) Ар 3 Δ и Mg(3s4pπ 3 П Дж )Ар 3 П 0+ . Синглетное одновозбужденное электронное состояние — Mg(3s3pπ 1 П) Вкл. 1 П. [ 7 ]
Различные возбужденные состояния можно изучать с помощью двухфотонной ионизации с резонансным усилением и масс-спектроскопии. [ 6 ] В спектре поглощения MgAr наблюдаются полосы электронных переходов в сочетании с колебательными и вращательными переходами. Спектр, включающий электронный переход в атоме аргона и изменение d-орбитали магния, очень сложен и состоит из 18 различных ветвей. [ 6 ]
Двойное возбужденное состояние, в котором два электрона на атоме магния повышены до 3p-суборбиталей, имеет сильную энергию связи, даже более высокую, чем в MgAr. + . [ 5 ] Обычно ион связывает атом инертного газа более прочно, поскольку притяжение изменяется как 1/R 4 , по сравнению с 1/R 6 у молекулы Ван-дер-Ваальса, а у иона электронное облако сжимается за счет притягивающего его более положительного заряда. Однако в дважды возбужденном состоянии оба атома магния находятся в p-суборбиталях, которые можно расположить так, чтобы электронная плотность находилась на линии, перпендикулярной потенциальной связи атома аргона. Это позволяет двум атомам приблизиться друг к другу. [ 8 ]
Нейтральная молекула имеет cas-номер 72052-59-6. [ 9 ]
| состояние [ 7 ] | электронное состояние | Энергия возбуждения Mg см −1 | Энергия возбуждения MgAr см −1 | длина связи Å r e | ω е | энергия диссоциации см −1 | BБ0 | Быть | а е | D 0 центробежное искажение | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| земля | Мг(3с3с 1 S 0 )Ar 1 С + | 0 | 0 | 4.56 | маленький | ||||||
| майка | Mg(3s3pπ 1 П) Вкл. 1 П | 34770 | 34770 | 3.31 | 175 [ 5 ] | ||||||
| триплет | Mg(3s3pπ 3 P 0 )Ar 3 П 0+ | 21850–21911 | 21760 | 3.66 | 102.7 | 1250 | |||||
| [ 9 ] | Mg(3s4dσ 3 DJ ) Ар 3 С + | 53462 | 2.88 | 88.2 | 0.1338 | 0.1356 | 0.0037 | 800 | |||
| [ 9 ] | Mg(3s4dδ 3 DJ ) Ар 3 Д | 53063 | 104.1 | 0.1438 | 0.1462 | 0.0037 | 1199 | ||||
| [ 9 ] | Mg(3s4dπ 3 DJ ) Ар 3 П 0 | 53037 | 99.4 | 1225 | |||||||
| Мг(3с4с 3 С 1 )Ар 3 С + | 41197 | 40317 | 2.84 | ||||||||
| Mg(3s3dδ 3 DJ ) Ар 3 Д | 47957 | 46885 | 2.90 | 103.5 | 160 [ 6 ] | 0.1274 | 0.1291 | 0.0035 | 1140 | ||
| Mg(3s3dπ 3 DJ ) Ар 3 П | 3.27 | 49.05 | 290 [ 6 ] | 0.1019 | 0.1049 | 0.0061 | 289 | ||||
| Mg(3s4pπ 3 П Дж )Ар 3 П 0+ | 47847–47851 | 46663 | 2.84 | 1250 [ 6 ] | |||||||
| [ 9 ] | Mg(3s5pπ 3 П Дж )Ар 3 П 0 | 53049 | 110.1 | 1272 | |||||||
| двойной | Mg(3p3pπ 3 П Дж )Ар 3 П 0+ | 57812–57873 | 2.41 | 2960 [ 5 ] |
Твердый
[ редактировать ]Предполагается, что при давлении более 250 гигапаскалей MgAr будет стабильным в твердом состоянии со структурой либо анти-NiAs, либо CsCl, в зависимости от давления. Mg 2 Предполагается, что Ar будет стабильным твердым телом с локализованными электронами в структуре, что делает его электридом . [ 10 ] Это давление выше, чем в мантии Земли, но аргиды магния могут образовывать минералы на суперземлях .
Приложение
[ редактировать ]МгАр + может мешать определению изотопов меди или цинка при использовании масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой , особенно при использовании десольватированной плазмы. При анализе образцов минералов магний является распространенным элементом, обнаруживаемым в матрице горной породы. Он может реагировать с ионами аргона, присутствующими в плазме. [ 11 ] При анализе почвы MgAr + мешает обнаружению 65 Cu , хотя обычный изотопомер имеет молекулярную массу 64,95 по сравнению с 64,93 для изотопа меди 65. [ 12 ] Это называется изобарической интерференцией.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Пилигрим, Дж.С.; Да, CS; Берри, КР; Дункан, Массачусетс (1994). «Фотодиссоциационная спектроскопия комплексов Mg+–редкий газ». Журнал химической физики . 100 (11): 7945. Бибкод : 1994JChPh.100.7945P . дои : 10.1063/1.466840 .
- ^ Jump up to: а б Баушлихер, Чарльз В.; Партридж, Гарри (июнь 1995 г.). «Исследование состояний X 2Σ+ и A 2Π MgAr+ и MgKr+» . Письма по химической физике . 239 (4–6): 241–245. Бибкод : 1995CPL...239..241B . дои : 10.1016/0009-2614(95)00449-E .
- ^ Мэссик, Стивен; Брекенридж, Вашингтон (август 1996 г.). «Определение порога ионизации метастабильного состояния Mg(3s3p3P0) · Ar(3Π0−): энергия связи MgAr+». Письма по химической физике . 257 (5–6): 465–470. Бибкод : 1996CPL...257..465M . дои : 10.1016/0009-2614(96)00565-9 .
- ^ Мэссик, Стивен; Брекенридж, Вашингтон (8 февраля 1997 г.). «Спектроскопическая характеристика ридберговских состояний 3Δ(4d), 3Π(4d), 3Σ+(4d) и 3Π(5p) молекулы Ван-дер-Ваальса MgAr». Журнал химической физики . 106 (6): 2171–2181. Бибкод : 1997ЖЧФ.106.2171М . дои : 10.1063/1.473673 .
- ^ Jump up to: а б с д Люнг, Аллен В.К.; Роберсон, Марк; Саймонс, Джек; Брекенридж, Вашингтон (август 1996 г.). «Сильная связь в дважды возбужденном валентном состоянии молекулы Ван-дер-Ваальса». Письма по химической физике . 259 (1–2): 199–203. Бибкод : 1996CPL...259..199L . дои : 10.1016/0009-2614(96)00723-3 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Мэссик, Стивен; Брекенридж, Вашингтон (8 декабря 1996 г.). «Спектроскопическая характеристика возбужденных состояний Ван-дер-Ваальса Mg(3s3d 3DJ)⋅Ar(3Π), Mg(3s3d 2DJ)⋅Ar(3Δ) и Mg(3s4p 3PJ)⋅Ar(3Π)». Журнал химической физики . 105 (22): 9719–9732. Бибкод : 1996ЖЧФ.105.9719М . дои : 10.1063/1.472843 .
- ^ Jump up to: а б с Хальд, Каспер; Йоргенсен, Пол; Брекенридж, Вашингтон; Яшуньский, Михал (октябрь 2002 г.). «Расчет кривых потенциальной энергии основного и возбужденного состояний комплекса MgAr с использованием приближенной тройной модели связанных кластеров CC3». Письма по химической физике . 364 (3–4): 402–408. Бибкод : 2002CPL...364..402H . дои : 10.1016/S0009-2614(02)01339-8 .
- ^ Мэссик, Стивен; Брекенридж, Вашингтон (15 мая 1996 г.). «Новый класс сильно связанных, дважды возбужденных валентных состояний нейтральных молекул Ван-дер-Ваальса: Mg(3pπ,3pπ 3PJ)⋅Ar(3Σ)». Журнал химической физики . 104 (19): 7784–7787. Бибкод : 1996ЖЧФ.104.7784М . дои : 10.1063/1.471657 .
- ^ Jump up to: а б с д и Хюттнер, В. (2012). «10 AlH X 1Σ+ Гидрид алюминия». Молекулярные константы, в основном полученные из микроволновой, молекулярно-лучевой и субдоплеровской лазерной спектроскопии: диамагнитные двухатомные молекулы. Часть 1 . Ландольт-Бёрнштейн - Молекулы и радикалы II группы. Том. 29А1. Численные данные Ландольта-Бёрнштейна и функциональные зависимости в науке и технике. Спрингер. п. 53. Бибкод : 2012LanB.29A1...25H . дои : 10.1007/978-3-540-69954-5_12 . ISBN 978-3-540-69953-8 . ISSN 1615-1852 .
- ^ Мяо, Мао-шэн; Ван, Сяо-ли; Бргох, Джакоа; Спера, Фрэнк; Джексон, Мэтью Г.; Крессе, Георг; Линь, Хай-цин (11 ноября 2015 г.). «Анионная химия благородных газов: образование соединений Mg?NG (NG = Xe, Kr, Ar) под давлением». Журнал Американского химического общества . 137 (44): 14122–14128. дои : 10.1021/jacs.5b08162 . ПМИД 26488848 .
- ^ Мейсон, Томас Ф.Д.; Вайс, Доминик Дж.; Хорствуд, Мэтью; Пэрриш, Рэндалл Р.; Рассел, Сара С .; Муллейн, Эта; Коулз, Барри Дж. (2004). «Высокоточный анализ изотопов Cu и Zn методом масс-спектрометрии с плазменным источником». Журнал аналитической атомной спектрометрии . 19 (2): 209. doi : 10.1039/b306958c .
- ^ Дакворт, Дуглас К.; Баршик, Кристофер М.; Смит, Дэвид Х. (1993). «Анализ почв методом масс-спектрометрии тлеющего разряда» . Журнал аналитической атомной спектрометрии . 8 (6): 875. дои : 10.1039/JA9930800875 .
Дополнительное чтение
[ редактировать ]- Оборудование, используемое для изучения MgAr + : Хосино, Хироши; Ямакита, Ёсихиро; Окуцу, Кеничи; Сузуки, Ёситомо; Сайто, Масатака; Коясу, Киичиро; Ошимо, Кейджиро; Мисаидзу, Фуминори (июнь 2015 г.). «Визуализация фотофрагментов из масс-селектированных ионов с помощью рефлектронного масс-спектрометра I. Разработка аппарата и его применение к комплексу Mg + – Ar». Письма по химической физике . 630 : 111–115. дои : 10.1016/j.cplett.2015.04.033 .
- Саиди, Сама; Альхарзали, Ниссрин; Берриш, Хамид (6 марта 2017 г.). «Расчет по правилу комбинирования потенциалов Ван-дер-Ваальса в основном состоянии комплексов магния и редких газов». Молекулярная физика . 115 (8): 931–941. Бибкод : 2017МолФ.115..931С . дои : 10.1080/00268976.2017.1292368 . S2CID 53133441 .
- Беннетт, Роберт Р.; Брекенридж, Вашингтон (15 января 1992 г.). «Ван-дер-Ваальсовая связь в низших электронных состояниях MgAr, ZnAr, CdAr и HgAr: спектроскопическая характеристика состояний b3Π2 и e3Σ+ молекулы CdAr». Журнал химической физики . 96 (2): 882–890. Бибкод : 1992ЖЧФ..96..882Б . дои : 10.1063/1.462108 .
- Гайед, В.; Хабли, Х.; Уджа, Б.; Гадеа, FX (15 апреля 2011 г.). «Теоретическое исследование молекулы MgAr и ее иона Mg+Ar: кривые потенциальной энергии и спектроскопические константы». Европейский физический журнал Д. 62 (3): 371–378. Бибкод : 2011EPJD...62..371G . дои : 10.1140/epjd/e2011-10572-y . S2CID 122010638 .
- Крепен-Гилберт, К.; Трамер, А. (октябрь 1999 г.). «Фотофизика атомов металлов в комплексах, кластерах и матрицах редких газов». Международные обзоры по физической химии . 18 (4): 485–556. Бибкод : 1999IRPC...18..485C . дои : 10.1080/014423599229901 .
- Верли, Доминик; Женевриез, Матье; Кнехт, Стефан; Райхер, Маркус; Меркт, Фредерик (28 июля 2021 г.). «Вызванная переносом заряда предиссоциация в ридберговских состояниях молекулярных катионов: MgAr +» . Журнал физической химии А. 125 (31): 6681–6696. Бибкод : 2021JPCA..125.6681W . дои : 10.1021/acs.jpca.1c03859 . hdl : 20.500.11850/502752 . ПМЦ 8775275 . ПМИД 34319723 . S2CID 236497664 .