Молекулярный ион водорода
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 kcal{displaystyle {mathsf {H+H^{+}rightarrow H_{2}^{+}+61 kcal}}}
- H+H+→H2++61 kcal{displaystyle {mathsf {H+H^{+}rightarrow H_{2}^{+}+61 kcal}}}
или ионизацию молекулы водорода
- H2+357 kcal→H2++e−{displaystyle {mathsf {H_{2}+357 kcalrightarrow H_{2}^{+}+e^{-}}}}
- H2+357 kcal→H2++e−{displaystyle {mathsf {H_{2}+357 kcalrightarrow H_{2}^{+}+e^{-}}}}
Также молекулярным ионом водорода можно считать молекулу H3+, которая сравнительно устойчива и образуется по схеме
- H2+H+→H3++70 kcal{displaystyle {mathsf {H_{2}+H^{+}rightarrow H_{3}^{+}+70 kcal}}}
- H2+H+→H3++70 kcal{displaystyle {mathsf {H_{2}+H^{+}rightarrow H_{3}^{+}+70 kcal}}}
или по бимолекулярной реакции через возбуждённый ион водорода H4+[3].
- H2++H2→[H4+]∗→H3++H+1,1 eV{displaystyle {mathsf {H_{2}^{+}+H_{2}rightarrow [H_{4}^{+}]^{*}rightarrow H_{3}^{+}+H+1,1 eV}}}
- H2++H2→[H4+]∗→H3++H+1,1 eV{displaystyle {mathsf {H_{2}^{+}+H_{2}rightarrow [H_{4}^{+}]^{*}rightarrow H_{3}^{+}+H+1,1 eV}}}
![{displaystyle {mathsf {H_{2}^{+}+H_{2}rightarrow [H_{4}^{+}]^{*}rightarrow H_{3}^{+}+H+1,1 eV}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fab70f6539ec29a4c795eaeb544c98496e527f8e)
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 |
- Сайт Уфимского кванто-химического общества. Лекция № 13 «Электронная корреляция»
См. также |
- Электронная плотность
- Одноэлектронная химическая связь
- Двухэлектронная трёхцентровая химическая связь
- W-функция Ламберта
Примечания |
↑ Некрасов Б. В. Основы общей химии. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: «Химия», 1973. — Т. 1. — 656 с.
↑ Химический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. — 1983, С. 645
↑ Никитин Е. Е. Успехи химии. — 1969. — Т. XXXVIII. — 1153-1167 с.
↑ Реферативный журнал химии. — 1983. — Т. 7Б131.
