Изоцианид водорода
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Имена IUPAC
Изоцианид водорода
азанилидинимимэтанид | |||
| Другие имена
Изогидроциановая кислота
гидроизоциановая кислота изопуссическая кислота | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol )
|
|||
| 2069401 | |||
| Чеби | |||
| Chemspider | |||
| 113 | |||
PubChem CID
|
|||
| Характеристики | |||
| HNC | |||
| Молярная масса | 27.03 g/mol | ||
| Сопряженная кислота | Гидроцианий | ||
| Сопряженная база | Цианид | ||
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |||
Изоцианид водорода является химическим веществом с молекулярной формулой HNC. Это незначительный таутомер цианида водорода (HCN). Его важность в области астрохимии связана с его повсеместностью в межзвездной среде .
Номенклатура
[ редактировать ]Как изоцианид водорода , так и азанилидинимимметанид являются правильными именами IUPAC для HNC. Там нет предпочтительного имени IUPAC . Второй - в соответствии с заместителя номенклатуры правилами , полученных из родительского гидрида азана ( NH 3 ) и анион -метанад ( CH - 3 ). [ 1 ]
Молекулярные свойства
[ редактировать ]Изоцианид водорода (HNC) представляет собой линейную триатомную молекулу с C ∞V симметрией точки точки . Это Zwitterion и изомер цианида водорода (HCN). [ 2 ] Как HNC, так и HCN имеют большие, сходные дипольные моменты , с μ HNC = 3,05 Debye и μ hcn = 2,98 debye соответственно. [ 3 ] Эти большие дипольные моменты облегчают простое наблюдение за этими видами в межзвездной среде .
HNC -HCN Таутомеризм
[ редактировать ]Поскольку HNC выше по энергии, чем HCN на 3920 см. −1 (46,9 кДж/моль) можно предположить, что они будут иметь равновесное соотношение При температуре ниже 100 Кельвина 10 −25 . [ 4 ] Однако наблюдения показывают совершенно другой вывод; намного выше 10 −25 , и на самом деле находится по порядку единства в холодной среде. Это из -за потенциальной энергии пути реакции таутомеризации; Существует барьер активации по порядку примерно 12 000 см −1 для возникновения таутомеризации, что соответствует температуре, при которой HNC уже была бы уничтожена с помощью нейтральных реакций. [ 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) _ {наблюдается}}](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 уровне ~ 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 тесно связан с формированием и разрушением многочисленных других молекул, важных в межзвездной среде, - по сравнению с очевидными партнерами HCN, протонированным цианидом водорода (HCNH + ) , и цианид (CN) , HNC связан с численностью многих других соединений, либо непосредственно, либо через несколько градусов разделения. Таким образом, понимание химии HNC приводит к пониманию бесчисленных других видов - HNC является неотъемлемой частью сложной головоломки, представляющей межзвездную химию.
Кроме того, HNC (наряду с HCN) является обычно используемым индикатором плотного газа в молекулярных облаках. Помимо потенциала использования HNC для исследования гравитационного коллапса в качестве средств звездного образования, содержание HNC (относительно численности других азотных молекул) может использоваться для определения эволюционной стадии протостеллярных ядер. [ 3 ]
HCO + /Отношение линии HNC используется для хорошего эффекта в качестве меры плотности газа. [ 8 ] Эта информация дает отличное понимание механизмов образования (ультра-) световых инфракрасных галактик ((U) LIRGS), поскольку она предоставляет данные о ядерной среде, звездном образовании и даже заполнении черной дыры . Кроме того, соотношение линии HNC/HCN используется для различения областей фотодиссоциации и областей рентгеновской диссоциации на том основании, что [HNC]/[HCN] является примерно единством в первом, но больше, чем единство в последнем.
Изучение HNC относительно простое, что является основной мотивацией для его исследований. Его j = 1 → 0 переход происходит в четкой части атмосферного окна, и в нем есть многочисленные изотопомеры, которые легко изучаются. Кроме того, его большой дипольный момент делает наблюдения особенно простыми. Более того, HNC является фундаментально простой молекулой в ее молекулярной природе. Это делает изучение путей реакции, которые приводят к его формированию и разрушению хорошим средством получения понимания работы этих реакций в космосе. Кроме того, изучение таутомеризации HNC в HCN (и наоборот), которое было тщательно изучено, было предложено в качестве модели, с помощью которой могут быть изучены более сложные реакции изомеризации. [ 5 ] [ 9 ] [ 10 ]
Химия в межзвездной среде
[ редактировать ]HNC встречается в основном в плотных молекулярных облаках, хотя он повсеместен в межзвездной среде. Его изобилие тесно связано с изобилием других азотных соединений. [ 11 ] образуется в первую очередь посредством диссоциативной рекомбинации HNCH HNC + и H 2 NC + , и это разрушается в первую очередь через ионо-нейтральные реакции с H +
3 и с + . [ 12 ] [ 13 ] Расчеты ставок были сделаны в 3,16 × 10 5 годы, которые считаются ранним временем, и в 20 К, что является типичной температурой для плотных молекулярных облаков. [ 14 ] [ 15 ]
| Реакции образования | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Реагент 1 | Реагент 2 | Продукт 1 | Продукт 2 | Оценивать постоянную | Скорость/[h 2 ] 2 | Относительная скорость |
| HCNH + | и − | HNC | ЧАС | 9.50 × 10 −8 | 4.76 × 10 −25 | 3.4 |
| H 2 NC + | и − | HNC | ЧАС | 1.80 × 10 −7 | 1.39 × 10 −25 | 1.0 |
| Реакции разрушения | ||||||
| Реагент 1 | Реагент 2 | Продукт 1 | Продукт 2 | Оценивать постоянную | Скорость/[h 2 ] 2 | Относительная скорость |
| H + 3 | HNC | HCNH + | H 2 | 8.10 × 10 −9 | 1.26 × 10 −24 | 1.7 |
| В + | HNC | C 2 н + | ЧАС | 3.10 × 10 −9 | 7.48 × 10 −25 | 1.0 |
Эти четыре реакции являются лишь четырьмя наиболее доминирующими, и, следовательно, наиболее значимыми в формировании численности HNC в плотных молекулярных облаках; Есть еще десятки реакций на образование и разрушение HNC. Хотя эти реакции в первую очередь приводят к различным протонированным видам, HNC тесно связан с изобилиями многих других азотных молекул, например, NH 3 и CN. [ 11 ] Изобилие HNC также неумолимо связана с изобилием HCN, и они имеют тенденцию существовать в определенном соотношении на основе окружающей среды. [ 12 ] Это связано с тем, что реакции, которые образуют HNC, часто также могут образуют HCN, и наоборот, в зависимости от условий, в которых возникает реакция, а также что существуют реакции изомеризации для двух видов.
Астрономические обнаружения
[ редактировать ]HCN (не HNC) был впервые обнаружен в июне 1970 года Le Snyder и D. Buhl с использованием 36-футового радиотелескопа Национальной радиоастрономической обсерватории. [ 16 ] Основной молекулярный изотоп H 12 В 14 N, наблюдался через его j = 1 → 0 переход при 88,6 ГГц в шести различных источниках: W3 (OH), Orion A, SGR A (NH3A), W49, W51, DR 21 (OH). Вторичный молекулярный изотоп H 13 В 14 N, наблюдался через его j = 1 → 0 переход при 86,3 ГГц только в двух из этих источников: Orion A и Sgr A (NH3A). Затем HNC был затем обнаружен внегалактически в 1988 году с использованием телескопа IRAM 30-M в Пико де Велете в Испании. [ 17 ] Он наблюдался через его j = 1 → 0 переход при 90,7 ГГц в направлении IC 342.
Ряд обнаружений был сделан к концу подтверждения температурной зависимости коэффициента изобилия [HNC]/[HCN]. Сильная посадка между температурой и коэффициентом численности позволит наблюдателям спектроскопически обнаружить соотношение, а затем экстраполировать температуру окружающей среды, тем самым получая отличную информацию о окружающей среде вида. Коэффициент численности редких изотопов HNC и HCN вдоль OMC-1 варьируется более чем на порядок в теплых областях по сравнению с холодными областями. [ 18 ] В 1992 году было измерено количество HNC, HCN и дейтерированных аналогов вдоль гребня OMC-1, и была подтверждена температурная зависимость коэффициента изобилия. [ 6 ] Обследование гигантского молекулярного облака W 3 в 1997 году показало более 24 различных молекулярных изотопов, включающих более 14 различных химических видов, включая HNC, HN 13 С и ч 15 Северо -запад Этот опрос дополнительно подтвердил температурную зависимость коэффициента изобилия, [HNC]/[HCN], на этот раз даже подтверждая зависимость изотопомеров. [ 19 ]
Это не единственные обнаружения важности HNC в межзвездной среде. В 1997 году HNC наблюдался вдоль хребта TMC-1 и его изобилие относительно HCO + Было обнаружено, что он постоянный вдоль хребта - это привело к тому, что путь реакции утверждает, что HNC изначально получен из HCO + . [ 7 ] Одно значительное астрономическое обнаружение, которое продемонстрировало практическое использование наблюдения HNC, произошло в 2006 году, когда обилие различных азотных соединений (включая HN 13 C и h 15 NC) были использованы для определения стадии эволюции протостеллярного ядра Cha-MMS1 на основе относительных величин численности. [ 3 ]
11 августа 2014 года астрономы выпустили исследования с использованием крупного массива Atacama Millimeter/Submillimeter (ALMA) впервые в котором подробно описано распределение HCN , HNC, H 2 CO и пыли внутри кометов ( , C/2012 F6 Lemmon) и C/2012 S1 (ISON) . [ 20 ] [ 21 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Суффикс ylidyne относится к потере трех атомов водорода от атома азота в азании ( [NH 4 ] + ) См. Iupac Red Book 2005 Таблица III, «Суффиксы и окончания», с. 257
- ^ Пау, Чин Фонг; Хере, Уоррен Дж. (1982-02-01). «Тепло образования изоцианида водорода с помощью ионной циклотронной двойной резонансной спектроскопии». Журнал физической химии . 86 (3): 321–322. doi : 10.1021/j100392a006 . ISSN 0022-3654 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Tennekes, pp; и др. (2006). «HCN и HNC-картирование протостеллярного ядра Chamaeleon-MMS1». Астрономия и астрофизика . 456 (3): 1037–1043. Arxiv : Astro-ph/0606547 . Bibcode : 2006a & A ... 456.1037t . doi : 10.1051/0004-6361: 20040294 . S2CID 54492819 .
- ^ Хирота, Т.; и др. (1998). «Источность HCN и HNC в темных облачных ядрах» . Астрофизический журнал . 503 (2): 717–728. Bibcode : 1998Apj ... 503..717H . doi : 10.1086/306032 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Бентли, JA; и др. (1993). «Высоко вибрационно возбужденные HCN/HNC: собственные значения, волновые функции и стимулированные спектры накачки эмиссии» . J. Chem. Физический 98 (7): 5209. Bibcode : 1993jchph..98.5207b . doi : 10.1063/1.464921 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Schilke, P.; и др. (1992). «Изучение HCN, HNC и их изотопомеров в OMC-1. I. Изобилие и химию». Астрономия и астрофизика . 256 : 595–612. Bibcode : 1992a & A ... 256..595s .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Pratap, P.; и др. (1997). «Изучение физики и химии TMC-1» . Астрофизический журнал . 486 (2): 862–885. Bibcode : 1997Apj ... 486..862p . doi : 10.1086/304553 . PMID 11540493 .
- ^ Loenen, AF; и др. (2007). "Молекулярные свойства (U) Lirgs: Co, HCN, HNC и HCO + " Труды IAU Symposium . 242 : 1–5. Arxiv : 0709.3423 . Bibcode : 2007iaus..242..462L . DOI : 10.1017/S1743921307013609 . S2CID 14398456 .
- ^ Скурски, П.; и др. (2001). " AB initio Электронная структура HCN − и HNC − Дипольные анионы и описание потери электронов при таутомеризации ». J. Chem. Phys . 114 (17): 7446. Bibcode : 2001jchph.114.7443s . DOI : 10.1063/1.13588863 .
- ^ Jakubetz, W.; Лан, BL (1997). «Моделирование сверхбыстрой состояния, селективной ИК-лазера, контролируемой изомеризацией цианида водорода на основе глобального потенциала 3D AB initio и дипольных поверхностей». Химический Физический 217 (2–3): 375–388. Bibcode : 1997cp .... 217..375J . doi : 10.1016/s0301-0104 (97) 00056-6 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Тернер, будь; и др. (1997). «Физика и химия небольших полупрозрачных молекулярных облаков. VIII. HCN и HNC» . Астрофизический журнал . 483 (1): 235–261. Bibcode : 1997Apj ... 483..235T . doi : 10.1086/304228 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Хираока, К.; и др. (2006). «Как CH 3 OH, HNC/HCN и NH 3 образуются в межзвездной среде?». AIP Conf. Прокурор 855 : 86–99. Bibcode : 2006aipc..855 ... 86h . doi : 10.1063/1,2359543 .
- ^ Doty, SD; и др. (2004). «Физическое химическое моделирование протостарной IRAS с низкой массой 16293-2422». Астрономия и астрофизика . 418 (3): 1021–1034. Arxiv : Astro-ph/0402610 . Bibcode : 2004a & A ... 418.1021d . doi : 10.1051/0004-6361: 20034476 . S2CID 2960790 .
- ^ «База данных UMIST для астрохимии» .
- ^ Миллар, TJ; и др. (1997). «База данных UMIST для астрохимии 1995 года». Серия добавок астрономии и астрофизики . 121 : 139–185. Arxiv : 1212.6362 . Bibcode : 1997a & as..121..139m . doi : 10.1051/aas: 1997118 .
- ^ Снайдер, Ле; Буль Д. (1971). «Наблюдения за радиоэмиссией из межзвездного водорода цианида». Астрофизический журнал . 163 : L47 - L52. Bibcode : 1971Apj ... 163L..47S . doi : 10.1086/180664 .
- ^ Хенкель, C.; и др. (1988). «Молекулы во внешних галактиках: обнаружение CN, C 2 H и HNC, а также предварительное обнаружение HC 3 N». Астрономия и астрофизика . 201 : L23 - L26. Bibcode : 1988a & A ... 201l..23h .
- ^ Голдсмит, PF; и др. (1986). «Изменения в соотношении численности HCN/HNC в молекулярном облаке Orion». Астрофизический журнал . 310 (1): 383–391. Bibcode : 1986apj ... 310..383g . doi : 10.1086/164692 . PMID 11539669 .
- ^ Helmich, FP; Ван Бзнок, EF (1997). «Физические и химические вариации в районе звездообразования W3» . Астрономия и астрофизика . 124 (2): 205–253. Bibcode : 1997a & as..124..205h . doi : 10.1051/aas: 1997357 . HDL : 1887/2219 .
- ^ Зубрицкий, Элизабет; Нил-Джонс, Нэнси (11 августа 2014 г.). «Выпуск 14-038-3-D исследования комет НАСА показывает химическую фабрику на работе» . НАСА . Получено 12 августа 2014 года .
- ^ Кординер, Массачусетс; и др. (11 августа 2014 г.). «Картирование выпуска летучих веществ во внутренних кометах C/2012 F6 (Lemmon) и C/2012 S1 (ISON) с использованием массива большого миллиметра/субмиллиметра Atacama». Астрофизический журнал . 792 (1): L2. Arxiv : 1408.2458 . Bibcode : 2014Apj ... 792L ... 2C . doi : 10.1088/2041-8205/792/1/l2 . S2CID 26277035 .
