氫分子離子
化合物
氫分子離子（H+
2），又稱雙氫離子，是最簡單的分子離子，由兩個質子和一個電子組成。[1]:99
它可以由一個中性的氫分子電離而成。由於宇宙射線，分子雲中經常形成這種離子。
因為它只有一個電子，化學界對它興趣很大。描述其結構的量子力學方程可以以相對簡單的方式得到解。1927年（量子力學中的波理論發表僅一年後），Øyvind Burrau首次將其解出。根據廣義Lambert W函數確定的能量精確解[2][3]。
| 氫分子離子 | |
|---|---|
| |
| 識別 | |
| CAS號 | 12184-90-6 
|
| 性質 | |
| 化學式 | H+ 2 |
| 摩爾質量 | 2.02 g·mol⁻¹ |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
物理性質
H+
2中的鍵可以被描述為共價單電子鍵，形式上擁有0.5的鍵級。[4]
同位素體
氫分子離子擁有六種同位素體，這來自氫其他同位素的原子核——即氘核（2
H+）或氚核（3
H+）——對一或兩個質子（氕核）的取代。[6][7]
量子力學分析
空間存在
形式
宇宙中，射線與氫分子的作用可以產生氫分子離子。此過程中，氫分子中的一個電子會脫離原結構，留下一個氫分子離子。[8]
- H2 + 宇宙射線 → H+
2 + e− + 宇宙射線
宇宙射線中的粒子帶有足夠大的能量，停止前可以將許多氫分子轉化為離子。
氫分子的電離能為15.603 eV。高速電子也會導致氫分子的電離，其峰值截面約為50 eV。高速質子所致電離的峰值截面為70000 eV，截面為2.5×10−16 cm2。宇宙射線中的低能質子也可以將電子從中性氫分子中剝離，由此產生一個中性氫原子和一個氫分子離子（p+ + H2 → H + H+
2），峰值截面約為8×10−16 cm2中的8000 eV。[9]
消失
氫分子離子會與其他氫分子碰撞而自然消失：
- H+
2 + H2 → H+
3 + H
參見
參考資料
- ^ David W. Oxtoby, H.P. Gillis, Alan Campion. Principles of Modern Chemistry, Seventh Edition. United States of America: Engage Learning. 2012. ISBN 9780840049315.
- ^ Scott, T. C.; Dalgarno, A.; Morgan, J. D., III. Exchange Energy of H+
2 Calculated from Polarization Perturbation Theory and the Holstein-Herring Method. Phys. Rev. Lett. 1991, 67 (11): 1419–1422. Bibcode:1991PhRvL..67.1419S. PMID 10044142. doi:10.1103/PhysRevLett.67.1419. - ^ Scott, T. C.; Aubert-Frécon, M.; Grotendorst, J. New Approach for the Electronic Energies of the Hydrogen Molecular Ion. Chem. Phys. 2006, 324 (2–3): 323–338. Bibcode:2006CP....324..323S. S2CID 623114. arXiv:physics/0607081
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- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Fábri, Csaba; Czakó, Gábor; Tasi, Gyula; Császár, Attila G. Adiabatic Jacobi corrections on the vibrational energy levels of H+
2 isotopologues. Journal of Chemical Physics. 2009, 130 (13): 134314. PMID 19355739. doi:10.1063/1.3097327. - ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Scarlett, Liam H.; Zammit, Mark C.; Fursa, Dmitry V.; Bray, Igor. Kinetic-energy release of fragments from electron-impact dissociation of the molecular hydrogen ion and its isotopologues. Physical Review A. 2017, 96 (2): 022706. Bibcode:2017PhRvA..96b2706S. doi:10.1103/PhysRevA.96.022706 .
- ^ Herbst, E. The Astrochemistry of H+
3. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2000, 358 (1774): 2523–2534. S2CID 97131120. doi:10.1098/rsta.2000.0665. - ^ Padovani, Marco; Galli, Daniele; Glassgold, Alfred E. Cosmic-ray ionization of molecular clouds. Astronomy & Astrophysics. 2009, 501 (2): 619–631. Bibcode:2009A&A...501..619P. S2CID 7897739. arXiv:0904.4149 . doi:10.1051/0004-6361/200911794.
