Аргоній

Аргоній
Назва за IUPAC Argonium ion
Інші назви Hydridoargon(1+)
argon hydride cation[1]
protonated argon[2]
Ідентифікатори
Номер CAS 12254-68-1
SMILES [ArH+]
InChI InChI=1S/ArH/h1H/q+1
Властивості
Молекулярна формула HAr
Молярна маса 40,96 г/моль
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Аргоній (також званий катіоном гідриду аргону або протонованим аргоном; хімічна формула ArH+) — це катіон, що поєднує протон і атом аргону. Його можна створити в електричному розряді, і він був першим молекулярним іоном благородного газу, знайденим у міжзоряному просторі[3].

Властивості

[ред. | ред. код]

Аргоній ізоелектронний хлористому водню. Його дипольний момент дорівнює 2,18 дебая для основного стану[4]. Енергія зв'язку становить 369 кДж моль−1[5] (2,9 еВ[6]). Це менше, ніж в H+
2 та багатьох інших протонованих сполук, але більше, ніж в H+
3[5].

Час життя (мс)[7]
v ArH+ ArD+
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

Радіаційний час життя різних безобертових коливальних станів змінюється залежно від ізотопу та стає коротшим для більш швидких високоенергетичних коливань: Силова константа становить 3,88 мдин/Å2[8].

Реакції

[ред. | ред. код]
  • ArH+ + H2 → Ar + H+
    3    [5]
  • ArH+ + C → Ar + CH+
  • ArH+ + N → Ar + NH+
  • ArH+ + O → Ar + OH+
  • ArH+ + CO → Ar + COH+[5]

Але протікає й зворотна реакція:

  • Ar + H+
    2     → ArH+ + H[5]

Реакція Ar+ + H2 має поперечний переріз 10−18 м2 для низьких енергій. Поперечний переріз різко падає для енергій понад 100 еВ[9]. Ar + H+
2 має поперечний переріз 6×10−19 м2 для низьких енергій, але на енергія понад 10 еВ він зменшується, і натомість утворюється більше Ar+ і H2[9].

Ar + H+
3 має максимальний вихід ArH+ для енергій від 0,75 до 1 еВ з поперечним перерізом 5×10−20 м2. Енергетичний поріг реакції становить 0,6 еВ. Для енергій понад 4 еВ утворюється більше Ar+ і H[9].

Аргоній також виробляється з іонів Ar+, які утворюються космічними променями та рентгенівськими променями з нейтрального аргону.

  • Ar+ + H2 → *ArH+ + H[5]

Коли ArH+ стикається з електроном, може відбутися дисоціативна рекомбінація, але вона надзвичайно повільна для електронів з меншою енергією, що дозволяє ArH+ виживати набагато довше, ніж багатьом іншим подібним протонованим катіонам.

  • ArH+ + e− → Ar + H[5]

Оскільки потенціал іонізації атомів аргону нижчий, ніж у молекули водню (на відміну від потенціалу гелію чи неону), іон аргону реагує з молекулярним воднем, натомість як іони гелію або неону відривають електрон від молекули водню[5].

  • Ar+ + H2 → ArH+ + H[5]
  • Ne+ + H2 → Ne + H+ + H (дисоціативний перенос заряду)[5]
  • He+ + H2 → He + H+ + H[5]

Спектр

[ред. | ред. код]

Штучний ArH+, виготовлений із земного аргону, містить здебільшого ізотоп 40Ar, а не поширений у космосі 36Ar. В земних умовах ArH+ виготовляють електричним розрядом через аргоно-водневу суміш[10]. Браулт і Девіс були першими, хто виявив молекулу за допомогою інфрачервоної спектроскопії для спостереження її ротаційно-вібраційних смуг[10].

Далекий інфрачервоний спектр 40Ar1H+[10] 36Аr 38Ar[4]
Перехід спостерігається 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

Ультрафіолетовий спектр має дві точки поглинання — 11.2 еВ для стану B1Π і 15.8 еВ для стану A1Σ+[5].

В природі

[ред. | ред. код]

ArH+ зустрічається в міжзоряному дифузному атомарному водні. Для утворення аргонію частка молекулярного водню H2 повинна бути в межах 0,0001-0,001. Електронна нейтралізація і руйнує аргоній, якщо концентрація H2 нижче 10−4[11]. Аргоній виявляється за його лініями поглинання на 617,525 ГГц (J = 1→0) і 1234,602 ГГц (J = 2→1). Ці лінії зумовлені обертальними переходами ізотополога 36Ar1H+.

Лінії поглинання аргонію були виявлені в спектрі джерел SgrB2 (M) і SgrB2(N), G34.26+0.15, W31C (G10.62−0.39), W49(N) і W51e в напрямку галактичного центру. Однак спостережувані в них лінії поглинання аргонію, ймовірно, утворюються не в самих джерелах, а в газі між ними й землею[5].

Емісійні лінії аргонію виявлені в Крабоподібній туманності[6], де вони сконцентровані в кількох плямах. Найпотужніша емісійна лінія аргонію спостерігається в південній нитці Крабоподібної туманності. Це також місце з найбільшою концентрацією іонів Ar+ і Ar2+[6]. Щільність стовпа ArH+ у Крабоподібній туманності становить від 1012 до 1013 атомів на квадратний сантиметр[6]. Можливо, енергія, необхідна для збудження випромінення іонів, надходить від зіткнень з електронами або молекулами водню[6]. У напрямку до центру Чумацького Шляху щільність стовпа ArH+ становить близько 2×1013 см−2[5].

Відомо, що два ізотопологи аргонію 36ArH+ і 38ArH+ знаходяться у далекій безіменній галактиці з червоним зміщенням z = 0,88582 (7,5 мільярд світлових років), яка розташована на лінії видимості блазара PKS 1830−211[4].

Історія

[ред. | ред. код]

Використовуючи сонячний Фур'є-спектрометр у Національній обсерваторії Кітт-Пік, Джеймс Браулт і Самнер Девіс вперше спостерігали інфрачервоні вібраційні та ротаційні лінії ArH+[12]. Джонс також спостерігав його інфрачервоний спектр[13].

Використання

[ред. | ред. код]

Аргон полегшує реакцію тритію (T2) з подвійними зв'язками в жирних кислотах шляхом утворення проміжної сполуки ArT+ (тритій-аргоній)[14]. Коли золото розпилюється за допомогою аргоно-водневої плазми, фактичне заміщення золота здійснюється за допомогою ArH+[15].

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database, NIST Standard Reference Database Number 101. Release 19, April 2018, Editor: Russell D. Johnson III. http://cccbdb.nist.gov/
  2. ↑ Neufeld, David A.; Wolfire, Mark G. (2016). The Chemistry of Interstellar Argonium and Other Probes of the Molecular Fraction in Diffuse Clouds. The Astrophysical Journal. 826 (2): 183. arXiv:1607.00375. Bibcode:2016ApJ...826..183N. doi:10.3847/0004-637X/826/2/183. S2CID 118493563.
  3. ↑ Quenqua, Douglas (13 грудня 2013). Noble Molecules Found in Space. The New York Times. Процитовано 26 вересня 2016.
  4. ↑ а б в Müller, Holger S. P.; Muller, Sébastien; Schilke, Peter; Bergin, Edwin A.; Black, John H.; Gerin, Maryvonne; Lis, Dariusz C.; Neufeld, David A.; Suri, Sümeyye (7 жовтня 2015). Detection of extragalactic argonium, ArH+, toward PKS 1830−211. Astronomy & Astrophysics. 582: L4. arXiv:1509.06917. Bibcode:2015A&A...582L...4M. doi:10.1051/0004-6361/201527254.
  5. ↑ а б в г д е ж и к л м н п р Schilke, P.; Neufeld, D. A.; Müller, H. S. P.; Comito, C.; Bergin, E. A.; Lis, D. C.; Gerin, M.; Black, J. H.; Wolfire, M. (4 червня 2014). Ubiquitous argonium (ArH+) in the diffuse interstellar medium: A molecular tracer of almost purely atomic gas. Astronomy & Astrophysics. 566: A29. arXiv:1403.7902. Bibcode:2014A&A...566A..29S. doi:10.1051/0004-6361/201423727.
  6. ↑ а б в г д Barlow, M. J.; Swinyard, B. M.; Owen, P. J.; Cernicharo, J.; Gomez, H. L.; Ivison, R. J.; Krause, O.; Lim, T. L.; Matsuura, M. (12 грудня 2013). Detection of a Noble Gas Molecular Ion, 36ArH+, in the Crab Nebula. Science. 342 (6164): 1343—1345. arXiv:1312.4843. Bibcode:2013Sci...342.1343B. doi:10.1126/science.1243582. PMID 24337290.
  7. ↑ Pavel Rosmus (1979). Molecular Constants for the 1Σ+ Ground State of the ArH+ Ion. Theoretica Chimica Acta. 51 (4): 359—363. doi:10.1007/BF00548944. S2CID 98475430.
  8. ↑ Fortenberry, Ryan C. (June 2016). Quantum astrochemical spectroscopy. International Journal of Quantum Chemistry. 117 (2): 81—91. doi:10.1002/qua.25180.
  9. ↑ а б в Phelps, A. V. (1992). Collisions of H+, H+
    2    , H+
    3    , ArH+, H−, H, and H2 with Ar and of Ar+ and ArH+ with H2 for Energies from 0.1 eV to 10 keV. J. Phys. Chem. Ref. Data. 21 (4). doi:10.1063/1.555917.
  10. ↑ а б в Brown, John M.; Jennings, D.A.; Vanek, M.; Zink, L.R.; Evenson, K.M. (April 1988). The pure rotational spectrum of ArH+. Journal of Molecular Spectroscopy. 128 (2): 587—589. Bibcode:1988JMoSp.128..587B. doi:10.1016/0022-2852(88)90173-7.
  11. ↑ David A. Neufeld; Mark G. Wolfire (1 липня 2016). The chemistry of interstellar argonium and other probes of the molecular fraction in diffuse clouds. The Astrophysical Journal. 826 (2): 183. arXiv:1607.00375. Bibcode:2016ApJ...826..183N. doi:10.3847/0004-637X/826/2/183.
  12. ↑ Brault, James W; Davis, Sumner P (1 лютого 1982). Fundamental Vibration-Rotation Bands and Molecular Constants for the ArH+ Ground State (1Σ+ ). Physica Scripta. 25 (2): 268—271. Bibcode:1982PhyS...25..268B. doi:10.1088/0031-8949/25/2/004.
  13. ↑ Johns, J.W.C. (July 1984). Spectra of the protonated rare gases. Journal of Molecular Spectroscopy. 106 (1): 124—133. Bibcode:1984JMoSp.106..124J. doi:10.1016/0022-2852(84)90087-0.
  14. ↑ Peng, C. T. (April 1966). Mechanism of Addition of Tritium to Oleate by Exposure to Tritium Gas. The Journal of Physical Chemistry. 70 (4): 1297—1304. doi:10.1021/j100876a053. PMID 5916501.
  15. ↑ Jiménez-Redondo, Miguel; Cueto, Maite; Doménech, José Luis; Tanarro, Isabel; Herrero, Víctor J. (3 листопада 2014). Ion kinetics in Ar/H2 cold plasmas: the relevance of ArH+ (PDF). RSC Advances. 4 (107): 62030—62041. Bibcode:2014RSCAd...462030J. doi:10.1039/C4RA13102A. ISSN 2046-2069. PMC 4685740. PMID 26702354.