Молекулярный ион водорода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Молекулярный ион водорода — простейший двухатомный ион H2+, образуется при ионизации молекулы водорода. В молекулярном ионе H2+ образуется одноэлектронная химическая связь с расстоянием dHH = 1,07Å. Одноэлектронная связь менее прочна (энергия разрыва 61 ккал/моль), чем обычная двухэлектронная связь в нейтральной молекуле водорода (dHH=0,74Å, энергия разрыва 104 ккал/моль)[1]. Расчеты зависимостей полной энергии и её компонент от межъядерного расстояния для простейшей структуры с химической связью — молекулярного иона водорода H2+ с одноэлектронной связью — показывают, что минимум полной энергии, который достигается при равновесном межъядерном расстоянии, равном 1,06Å, связан с резким понижением потенциальной энергии электрона вследствие концентрации и сжатия облака электронной плотности в межъядерной области.[2] Можно представить образование иона H2+ как результат реакции атома водорода и протона:

H+ H+ → H2+ + 61 ккал

или ионизацию молекулы водорода

H2 → H2+ + e — 357 ккал

Также молекулярным ионом водорода можно считать молекулу H3+, которая сравнительно устойчива и образуется по схеме

H2+ H+ → H3+ + 70 ккал

или по биомолекулярной реакции

H2+ + H2 → [ H4+ ]* → H3+ + H + 1,1 эв.

через возбуждённый ион водорода H4+[3].

Молекулярный ион водорода H2+ содержит два протона, заряженных положительно, и один электрон, заряженный отрицательно. Единственный электрон компенсирует электростатическое отталкивание двух протонов и удерживает их на расстоянии dHH = 1,06 Å. Центр электронной плотности электронного облака (орбитали) равноудалён от обоих протонов на боровский радиус α0 = 0,53 Å и является центром симметрии молекулярного иона водорода H2+

Молекулярный ион водорода H3+ содержит три протона и два электрона. Электростатическое отталкивание трёх протонов компенсируется двумя электронами. Методом кулоновского взрыва показано, что протоны молекулярного иона водорода H3+ находятся в вершинах равностороннего треугольника с межъядерным расстоянием 1,25 ± 0,2Å[4]. Точного решения волнового уравнения Шрёдингера, описывающего поведение электронов для систем, содержащих два электрона, не существует. Широко используемая приближённая теория молекулярных орбиталей не учитывает кулоновскую электронную корреляцию — электростатическое отталкивание электронов. Можно считать, что при учёте кулоновской электронной корреляции центры электронной плотности электронов будут равноудалены друг от друга, а также равноудалены от ядер молекулярного иона водорода H3+. В центре молекулярного графа H3+ существует «кулоновская дыра». В молекулярном ионе H3+ реализуется двухэлектронная трёхцентровая химическая связь.

Ссылки[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Некрасов Б. В. Основы общей химии. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: «Химия», 1973. — Т. 1. — 656 с.
  2. Химический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. — 1983, С. 645
  3. Никитин Е. Е. Успехи химии. — 1969. — Т. XXXVIII. — 1153-1167 с.
  4. Реферативный журнал химии. — 1983. — Т. 7Б131.