Аргоний
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Ион аргония | |
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| АрХ + | |
| Молярная масса | 40.956 g·mol −1 |
| Сопряженная база | Аргон |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Аргоний (также называемый катионом гидрида аргона , ионом гидридоаргона (1+) или протонированным аргоном ; химическая формула ArH + ) — катион, объединяющий протон и атом аргона . Его можно создать с помощью электрического разряда , и он стал первым молекулярным ионом благородного газа , обнаруженным в межзвездном пространстве. [3]
Характеристики
[ редактировать ]Аргоний изоэлектронен хлористому водороду . Его дипольный момент составляет 2,18 Д для основного состояния. [4] Энергия связи 369 кДж моль. −1 [5] (3,9 эВ [6] ). Это меньше, чем у H. +
3 и многие другие протонированные виды , но больше, чем у H +
2 . [5]
Безвращательное радиационное время жизни различных колебательных состояний варьируется в зависимости от изотопа и становится короче для более быстрых высокоэнергетических колебаний:
Время жизни (мс) [7] v АрХ + АрД + 1 2.28 9.09 2 1.20 4.71 3 0.85 3.27 4 0.64 2.55 5 0.46 2.11
Силовая константа связи рассчитана как 3,88 мдин/Å. 2 . [8]
Реакции
[ редактировать ]- АрХ + + Н 2 → Аг + Н +
3 [5] - АрХ + + С → Аг + СН +
- АрХ + + N → Ar + NH +
- АрХ + + О → Аг + ОН +
- АрХ + + CO → Ar + COH + [5]
Но происходит обратная реакция:
С + + H 2 имеет сечение 10 −18 м 2 для низкой энергии. Он имеет резкий спад для энергий более 100 эВ. [9] Ар + Н +
2 имеет площадь поперечного сечения 6 × 10 −19 м 2 для низкой энергии H +
2 , но когда энергия превышает 10 эВ, выход снижается, и увеличивается количество Ar + H 2 . и вместо этого образуется [9]
Ар + Н +
3 имеет максимальный выход ArH + для энергий от 0,75 до 1 эВ с сечением 5 × 10 −20 м 2 . Для продолжения реакции необходимо 0,6 эВ. Более чем на 4 эВ больше Ar + и начинает появляться H. [9]
Аргоний также производят из Ar. + ионы, производимые космическими лучами и рентгеновскими лучами из нейтрального аргона.
Когда АрГ + встречает электрон, может произойти диссоциативная рекомбинация, но она чрезвычайно медленна для электронов с более низкой энергией, что позволяет ArH + выжить в течение гораздо более длительного времени, чем многие другие подобные протонированные катионы.
- АрХ + + и − → Ар + Н [5]
Поскольку потенциал ионизации атомов аргона ниже, чем у молекулы водорода (в отличие от потенциала гелия или неона), ион аргона реагирует с молекулярным водородом, а ионы гелия и неона отрывают электрон от молекулы водорода. [5]
- С + + Н 2 → АрН + + Ч [5]
- Ne + + Н 2 → Ne + Н + + H (диссоциативный перенос заряда) [5]
- Он + + Н 2 → He + H + + Ч [5]
Спектр
[ редактировать ]Искусственная АрГ + изготовленный из земного аргона, содержит в основном изотоп 40 Ar, а не космически изобилие 36 Ар. Искусственно его изготавливают электрическим разрядом через смесь аргона и водорода. [10] Браулт и Дэвис были первыми, кто обнаружил молекулу с помощью инфракрасной спектроскопии и наблюдал полосы вибрации-вращения. [10]
| Дальний инфракрасный спектр 40 С 1 ЧАС + [10] | 36 С | 38 С [4] | |
| Переход | наблюдаемая частота | ||
|---|---|---|---|
| Дж | ГГц | ||
| 1←0 | 615.8584 | 617.525 | 615.85815 |
| 2←1 | 1231.2712 | 1234.602 | |
| 3←2 | 1845.7937 | ||
| 4←3 | 2458.9819 | ||
| 5←4 | 3080.3921 | ||
| 6←5 | 3679.5835 | ||
| 7←6 | 4286.1150 | ||
| 21←20 | 12258.483 | ||
| 22←21 | 12774.366 | ||
| 23←22 | 13281.119 | ||
УФ-спектр имеет две точки поглощения, приводящие к распаду ионов. Преобразование 11,2 эВ в B 1 Состояние Π имеет низкий диполь и поэтому поглощает мало. От А 15,8 эВ до отталкивающего А. 1 С + Состояние имеет более короткую длину волны, чем предел Лаймана , и поэтому в космосе очень мало фотонов, способных сделать это. [5]
Естественное явление
[ редактировать ]АрХ + происходит в межзвездном диффузном водорода атомарном газе . Для образования аргония доля молекулярного водорода H 2 должна находиться в пределах от 0,0001 до 0,001. Различные молекулярные ионы образуются в зависимости от различных концентраций H 2 . Аргоний обнаруживается по линиям поглощения на частотах 617,525 ГГц ( J = 1→0) и 1234,602 ГГц ( J = 2→1). Эти линии принадлежат изотопологу 36 С 1 ЧАС + претерпевают вращательные переходы. Линии обнаружены в направлении центра галактики SgrB2 (M) и SgrB2(N), G34.26+0.15, W31C (G10.62−0.39), W49(N) и W51e , однако там, где линии поглощения Согласно наблюдениям, аргоний, скорее всего, находится не в источнике микроволнового излучения, а в газе перед ним. [5] Эмиссионные линии находятся в Крабовидной туманности . [6]
В Крабовидной туманности ArH + происходит в нескольких пятнах, выявленных эмиссионными линиями. Самое сильное место находится в Южном волокне. Это также место с самой сильной концентрацией арга. + и Ар 2+ ионы. [6] Плотность колонки ArH + в Крабовидной туманности составляет от 10 12 и 10 13 атомов на квадратный сантиметр. [6] Возможно, энергия, необходимая для возбуждения ионов и их последующего испускания, возникает в результате столкновений с электронами или молекулами водорода. [6] По направлению к центру Млечного Пути плотность столба ArH + около 2 × 10 13 см −2 . [5]
Два изотополога аргония 36 АрХ + и 38 АрХ + известно, что они находятся в далекой безымянной галактике с красным смещением z = 0,88582 (на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет), которая находится на луче зрения блазара PKS 1830−211 . [4]
Электронная нейтрализация и разрушение аргония опережают скорость образования в космосе, если концентрация H 2 ниже 1 из 10. −4 . [11]
История
[ редактировать ]Используя спектрометр солнечного Фурье-спектрометра МакМата в Национальной обсерватории Китт-Пик , Джеймс У. Браулт и Самнер П. Дэвис наблюдали ArH. + впервые вибровращательные инфракрасные линии. [12] JWC Johns также наблюдал инфракрасный спектр. [13]
Использовать
[ редактировать ]Аргон облегчает реакцию трития (Т 2 ) с двойными связями жирных кислот, образуя АрТ. + (тритий-аргон) промежуточный продукт. [14] Когда золото распыляется аргоно-водородной плазмой, фактическое вытеснение золота осуществляется ArH. + . [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ База данных сравнения и эталонных показателей NIST по вычислительной химии, Стандартная справочная база данных NIST, номер 101. Выпуск 19, апрель 2018 г., редактор: Рассел Д. Джонсон III. http://cccbdb.nist.gov/
- ^ Нойфельд, Дэвид А.; Вулфайр, Марк Г. (2016). «Химия межзвездного аргония и других зондов молекулярной фракции в диффузных облаках» . Астрофизический журнал . 826 (2): 183. arXiv : 1607.00375 . Бибкод : 2016ApJ...826..183N . дои : 10.3847/0004-637X/826/2/183 . S2CID 118493563 .
- ^ Кенкуа, Дуглас (13 декабря 2013 г.). «Благородные молекулы, найденные в космосе» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 26 сентября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с Мюллер, Хольгер С.П.; Мюллер, Себастьян; Шильке, Питер; Бергин, Эдвин А.; Блэк, Джон Х.; Герин, Мэривонн; Лис, Дариуш К.; Нойфельд, Дэвид А.; Сури, Сумейе (7 октября 2015 г.). «Обнаружение внегалактического аргония, ArH + , к ПКС 1830-211". Астрономия и астрофизика . 582 : L4. arXiv : 1509.06917 . Бибкод : 2015A&A...582L...4M . doi : 10.1051/0004-6361/201527254 . S2CID 10017142 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Шильке, П.; Нойфельд, Д.А.; Мюллер, HSP; Комито, К.; Бергин, Э.А.; Лис, округ Колумбия; Герин, М.; Блэк, Дж. Х.; Вулфайр, М.; Индриоло, Н.; Пирсон, Дж. К.; Ментен, КМ; Винкель, Б.; Санчес-Монж, А.; Мёллер, Т.; Годар, Б.; Фальгароне, Э. (4 июня 2014 г.). «Вездесущий аргоний (ArH + ) в диффузной межзвездной среде: молекулярный индикатор почти чисто атомного газа». Astronomy & Astrophysical . 566 : A29. arXiv : 1403.7902 . Bibcode : 2014A&A...566A..29S . doi : 10.1051/0004-6361/201423727 . S2CID 44021593 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Барлоу, MJ; Свиньярд, БМ; Оуэн, ПиДжей; Черничаро, Дж.; Гомес, Х.Л.; Айвисон, Р.Дж.; Краузе, О.; Лим, ТЛ; Мацуура, М.; Миллер, С.; Олофссон, Г.; Полхэмптон, ET (12 декабря 2013 г.). «Обнаружение молекулярного иона благородного газа 36ArH+ в Крабовидной туманности». Наука . 342 (6164): 1343–1345. arXiv : 1312.4843 . Бибкод : 2013Sci...342.1343B . дои : 10.1126/science.1243582 . ПМИД 24337290 . S2CID 37578581 .
- ^ Павел Росмус (1979). «Молекулярные константы для 1 С + Основное состояние ArH + Ион». Theoretica Chimica Acta . 51 (4): 359–363. doi : 10.1007/BF00548944 . S2CID 98475430 .
- ^ Фортенберри, Райан К. (июнь 2016 г.). «Квантовая астрохимическая спектроскопия» . Международный журнал квантовой химии . 117 (2): 81–91. дои : 10.1002/qua.25180 .
- ^ Jump up to: а б с Фелпс, А.В. (1992). «Столкновения H + , Ч +
2 , Ч +
3 , АрХ + , Ч − , H и H 2 с Ar и Ar + и АрХ + с H 2 для энергий от 0,1 эВ до 10 кэВ». J. Phys. Chem. Ref. Data . 21 (4). doi : 10,1063/1,555917 . - ^ Jump up to: а б с Браун, Джон М.; Дженнингс, Д.А.; Ванек, М.; Цинк, ЛР; Эвенсон, К.М. (апрель 1988 г.). «Чистый вращательный спектр ArH+» . Журнал молекулярной спектроскопии . 128 (2): 587–589. Бибкод : 1988JMoSp.128..587B . дои : 10.1016/0022-2852(88)90173-7 .
- ^ Дэвид А. Нойфельд; Марк Г. Вулфайр (1 июля 2016 г.). «Химия межзвездного аргония и других проб молекулярной фракции в диффузных облаках» . Астрофизический журнал . 826 (2): 183. arXiv : 1607.00375 . Бибкод : 2016ApJ...826..183N . дои : 10.3847/0004-637X/826/2/183 . S2CID 118493563 .
- ^ Браулт, Джеймс В.; Дэвис, Самнер П. (1 февраля 1982 г.). «Фундаментальные полосы колебаний-вращения и молекулярные константы ArH». + Основное состояние ( 1 С + )". Physica Scripta . 25 (2): 268–271. Бибкод : 1982PhyS...25..268B . doi : 10.1088/0031-8949/25/2/004 . S2CID 250825672 .
- ^ Джонс, JWC (июль 1984 г.). «Спектры протонированных редких газов». Журнал молекулярной спектроскопии . 106 (1): 124–133. Бибкод : 1984JMoSp.106..124J . дои : 10.1016/0022-2852(84)90087-0 .
- ^ Пэн, Коннектикут (апрель 1966 г.). «Механизм добавления трития к олеату под воздействием газообразного трития». Журнал физической химии . 70 (4): 1297–1304. дои : 10.1021/j100876a053 . ПМИД 5916501 .
- ^ Хименес-Редондо, Мигель; Куэто, Майте; Доменек, Хосе Луис; Танарро, Изабель; Эрреро, Виктор Дж. (3 ноября 2014 г.). «Ионная кинетика в холодной плазме Ar/H 2 : актуальность ArH + » (PDF) . RSC Advances . 4 (107): 62030–62041. Bibcode : 2014RSCAd...462030J . doi : /C4RA13102A . ISSN 2046-2069 . PMC 4685740. 10.1039 PMID 26702354 .
