Моногидрид кальция
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Моногидрид кальция | |
| Другие имена Гидрид кальция(I) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID | |
| Характеристики | |
| CaH | |
| Молярная масса | 41.085899 g/mol |
| Появление | светящийся красный газ |
| бурно реагирует | |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | моногидрид бериллия , моногидрид магния , моногидрид стронция , моногидрид бария , Гидрид калия |
| Гидрид кальция | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Моногидрид кальция представляет собой молекулу, состоящую из кальция и водорода с формулой CaH . Его можно найти в звездах как газ, образующийся при наличии атомов кальция и атомов водорода.
Открытие
[ редактировать ]его спектр в Альфе Геркулеса и О Кита наблюдал Моногидрид кальция был впервые обнаружен, когда Альфред Фаулер в 1907 году. [1] [2] В следующем году его наблюдал в солнечных пятнах К. М. Олмстед. [3] [4] Далее его сделал в лаборатории в 1909 году А. Игл, [3] и благодаря ранним исследованиям Хюльтена, [5] и Уотсон и Вебер в 1935 году. [6] Далее он наблюдался у красных карликов Ю. Оманом в 1934 году. Оман предложил использовать его в качестве показателя светимости звезд, подобно моногидриду магния (MgH), поскольку он более заметен в спектрах компактных, холодных с высокой поверхностной гравитацией, звезд таких как как M-карлики, чем в холодных звездах с низкой поверхностной гравитацией, таких как M-гиганты с немалой или даже сравнимой металличностью . [7]
Моногидрид кальция — первый молекулярный газ, который был охлажден холодным буферным газом, а затем захвачен магнитным полем. Это расширяет изучение захваченных холодных атомов, таких как рубидий, на молекулы. [8]
Формирование
[ редактировать ]Моногидрид кальция можно получить, подвергая металлический кальций электрическому разряду в атмосфере водорода при температуре выше 750 °C. Ниже этой температуры водород поглощается с образованием гидрида кальция. [3]
Моногидрид кальция можно получить путем лазерной абляции дигидрида кальция в атмосфере гелия. [9]
Газообразный кальций реагирует с формальдегидом при температуре около 1200 К с образованием CaH, а также некоторого количества CaOH и CaO. Эта реакция светится оранжево-красным светом.
Характеристики
[ редактировать ]Дипольный момент молекулы CaH составляет 2,94 Дебая. [10] [11] Спектрографические константы были измерены как длина связи R e =2,0025 Å, энергия диссоциации D e =1,837 эВ и частота гармонических колебаний ω e =1298,34 см. −1 . [10] Потенциал ионизации составляет 5,8 эВ. [10] Сродство к электрону составляет 0,9 эВ. [10]
Основное состояние — X 2 С + . [10]
Электронные состояния: [12]
- 6р 2 7σ Х 2 С + [13]
- 6р 2 3π А 2 П
- 6р 2 8σ Б 2 С +
- 6р 2 4πE 2 П
- 6с7с 2 Д 2 С +
Спектр
[ редактировать ]Б 2 Σ, где ν'=0 ← X 2 Σ с ν"=0 634 нм (или 690 нм?) [14] CaH флуоресцирует светом с длиной волны 634 нм, давая излучение с длиной волны 690 нм. [9]
Б 2 С + ← Х 2 С + От 585,8 до 590,2 нм. [15]
А +2 П ← Х 2 С + от 686,2 до 697,8 нм [15]
филиал Р12 [15]
| Дж' | Дж" | Н" | н | нм | ТГц |
|---|---|---|---|---|---|
| 3/2 | 1/2 | 0 | 14408.94 | 694.0135 | 431.9691 |
| 5/2 | 3/2 | 1 | 14421.12 | 693.4274 | 432.3343 |
| 7/2 | 5/2 | 2 | 14432.92 | 692.8605 | 432.6881 |
| 9/2 | 7/2 | 3 | 14444.54 | 692.3031 | 433.0364 |
| 11/2 | 9/2 | 4 | 14455.76 | 691.7658 | 433.3728 |
| 13/2 | 11/2 | 5 | 14467.20 | 691.2188 | 433.71574 |
Филиал R2 [15]
| Дж' | Дж" | Н" | н | нм | ТГц |
|---|---|---|---|---|---|
| 3/2 | 1/2 | 0 | 14480.93 | 690.5633 | 434.1274 |
| 5/2 | 3/2 | 1 | 14495.08 | 689.8893 | 434.5516 |
| 7/2 | 5/2 | 2 | 14510.09 | 689.1756 | 435.0015 |
| 9/2 | 7/2 | 3 | 14525.53 | 688.4430 | 435.4644 |
| 11/2 | 9/2 | 4 | 14541.43 | 687.6903 | 435.9411 |
| 13/2 | 11/2 | 5 | 14557.98 | 686.9085 | 436.4373 |
С 2 С + →X 2 С + переход происходит в ближнем ультрафиолете. [3]
Микроволновой спектр
[ редактировать ]Энергия, необходимая для вращения молекулы CaH с самого низкого уровня на первый квантовый уровень, соответствует микроволновой частоте, поэтому частота поглощения составляет около 253 ГГц. Однако на спин молекулы также влияет спин неспаренного электрона кальция и спин протона водорода. Спин электрона приводит к расщеплению линии примерно на 1911,7 МГц, а спин относительно спина протона приводит к сверхтонкому расщеплению линии примерно на 157,3 МГц. [16]
| спин молекулы квантовое число | спин электрона квантовое число | спин протона квантовое число | частота | |||
| Н | Н' | Дж | Дж' | Ф | Ф' | кГц |
| 0 | 1 | 1/2 | 1/2 | 1 | 1 | 252163082 |
| 0 | 1 | 1/2 | 1/2 | 1 | 0 | 252216347 |
| 0 | 1 | 1/2 | 1/2 | 0 | 1 | 252320467 |
| 0 | 1 | 1/2 | 3/2 | 1 | 1 | 254074834 |
| 0 | 1 | 1/2 | 3/2 | 1 | 2 | 254176415 |
| 0 | 1 | 1/2 | 3/2 | 0 | 1 | 254232179 |
Реакции
[ редактировать ]CaH реагирует с литием как холодный газ, выделяя энергию 0,9 эВ и образуя LiH и атомы кальция. молекулы [17]
Дополнительное чтение
[ редактировать ]- Кальвин, Аарон Т.; Джанардан, Смита; Кондолучи, Джон; Руганго, Рене; Преч, Эрик; Шу, Банда; Браун, Кеннет Р. (16 марта 2018 г.). «Ровибронная спектроскопия симпатически охлажденного 40CaH». Журнал физической химии А. 122 (12): 3177–3181. Бибкод : 2018JPCA..122.3177C . дои : 10.1021/acs.jpca.7b12823 . hdl : 1853/60241 . ПМИД 29521505 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Барбюи, Б.; Скьявон, РП; Грегорио-Хетем, Дж.; Сингх, доктор медицинских наук; Баталья, К. (октябрь 1993 г.). «Интенсивность линий CaH у холодных карликов». Серия дополнений по астрономии и астрофизике . 101 (2): 409. Бибкод : 1993A&AS..101..409B .
- ^ Фаулер, А. (1907). «Рофленый спектр оксида титана» . Труды Королевского общества А. 79 (533): 509–18. Бибкод : 1907RSPSA..79..509F . дои : 10.1098/rspa.1907.0059 .
- ^ Jump up to: а б с д Фрум, CI; Х. М. Пикетт (1993). «Инфракрасная Фурье-эмиссионная спектроскопия высокого разрешения гидридов металлов: X 2 С + состояние CaH». Журнал молекулярной спектроскопии . 159 (2): 329–336. Bibcode : 1993JMoSp.159..329F . doi : 10.1006/jmsp.1993.1130 .
- ^ Олмстед, Чарльз М. (1908). «Полосы солнечных пятен, которые появляются в спектре кальциевой дуги, горящей в присутствии водорода». Материалы Солнечной обсерватории Института Карнеги в Вашингтоне . 21 : 1–4. Бибкод : 1908CMWCI..21....1O .
- ^ Хюльтен, Э. (1 января 1927 г.). «О полосовом спектре гидрида кальция». Физический обзор . 29 (1): 97–111. Бибкод : 1927PhRv...29...97H . дои : 10.1103/PhysRev.29.97 .
- ^ Уотсон, Уильям; Вебер, Роберт (1 ноября 1935 г.). «Система гидрида кальция в диапазоне E». Физический обзор . 48 (9): 732–734. Бибкод : 1935PhRv...48..732W . дои : 10.1103/PhysRev.48.732 .
- ^ Оман, Ингве (октябрь 1934 г.). «Спектрографические исследования в красном». Астрофизический журнал . 80 : 171. Бибкод : 1934ApJ....80..171O . дои : 10.1086/143595 .
- ^ Бретислав Фридрих ; Джон М. Дойл (2009). «Почему холодные молекулы такие горячие?». ХимияФизХим . 10 (4): 604–623. дои : 10.1002/cphc.200800577 . ПМИД 19229896 .
- ^ Jump up to: а б Дойл, Джон М.; Джонатан Д. Вайнштейн; Роберт де Карвальо; Тьерри Гийе; Бретислав Фридрих (1998). «Магнитный захват молекул моногидрида кальция при температуре милликельвина». Природа . 395 (6698): 148–150. Бибкод : 1998Natur.395..148W . дои : 10.1038/25949 . S2CID 38268509 .
- ^ Jump up to: а б с д и Холка, Филип; Мирослав Урбан (2006). «Дипольный момент и молекулярные свойства CaH: теоретическое исследование». Письма по химической физике . 426 (4–6): 252–256. Бибкод : 2006CPL...426..252H . дои : 10.1016/j.cplett.2006.05.108 .
- ^ Стеймле, TC; Джинхай Чен; Джейми Генглер (8 июля 2004 г.). «Постоянные электрические дипольные моменты моногидрида кальция CaH». Журнал химической физики . 121 (2): 829–834. Бибкод : 2004JChPh.121..829S . дои : 10.1063/1.1759314 . ПМИД 15260612 .
- ^ Рам, РС; Терещук, К.; Гордон, IE; Уокер, Калифорния; Бернат, ПФ (2011). «Эмисионная спектроскопия с преобразованием Фурье E 2 П – Х 2 С + переход CaH и CaD». Журнал молекулярной спектроскопии . 266 (2): 86–91. Bibcode : 2011JMoSp.266...86R . doi : 10.1016/j.jms.2011.03.009 .
- ^ Гордон, И.; Рам, РС; Терещук, К.; Уокер, Калифорния; Бернат, ПФ (1 апреля 2011 г.). «Эмиссионная спектроскопия с преобразованием Фурье E 2 П – Х 2 С + Система CaH и CaD» . Университет штата Огайо . hdl : 1811/49445 .
- ^ Берг, Ле; Л. Клиннинг (1974). «Вращательный анализ систем диапазонов AX и BX CaH». Физика Скрипта . 10 (6): 331–336. Бибкод : 1974PhyS...10..331B . дои : 10.1088/0031-8949/10/6/009 . S2CID 250910373 .
- ^ Jump up to: а б с д Перейра, Р.; С. Сковронек; А. Гонсалес Уренья; А. Пардо; Дж. М. Л. Пойато; А. Х. Пардо (2002). «Вращательно разрешенные REMPI-спектры CaH в молекулярном пучке». Журнал молекулярной спектроскопии . 212 (1): 17–21. Бибкод : 2002JMoSp.212...17P . дои : 10.1006/jmsp.2002.8531 .
- ^ Барклай, У.Л. младший; Андерсон, Массачусетс; Зюрис, Л.М. (1993). «Спектр миллиметровых волн CaH (X 2 С + )" . Astrophysical Journal Letters . 408 (1): L65–L67. Бибкод : 1993ApJ...408L..65B . doi : 10.1086/186832 .
- ^ Сингх, Виджай; Кайл С. Хардман; Наима Тарик; Мэй-Джу Лу; Аджа Эллис; Мьюир Дж. Моррисон; Джонатан Д. Вайнштейн (2012). «Химические реакции атомарного лития и молекулярного моногидрида кальция при 1 К» . Письма о физических отзывах . 108 (20): 203201. Бибкод : 2012PhRvL.108t3201S . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.203201 . hdl : 20.500.11937/20342 . ПМИД 23003146 .