氢分子离子H+
2
),又称双氢离子,是最简单的分子离子,由两个质子和一个电子组成。[1]:99 它可以由一个中性的氢分子电离而成。由于宇宙射线分子云中经常形成这种离子。 因为它只有一个电子,化学界对它兴趣很大。描述其结构的量子力学方程可以以相对简单的方式得到解。1927年(量子力学中的波理论发表仅一年后),Øyvind Burrau首次将其解出。根据广义Lambert W函数确定的能量精确解[2][3]

Quick Facts 氢分子离子, 识别 ...
氢分子离子
Thumb
识别
CAS号 12184-90-6  checkY
性质
化学式 H+
2
摩尔质量 2.02 g·mol⁻¹
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。
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物理性质

H+
2
中的键可以被描述为共价单电子键,形式上拥有0.5的键级[4]

离子的基态能量为-0.597 哈特里能量[5]

同位素体

氢分子离子拥有六种同位素体,这来自氢其他同位素的原子核——即氘核2
H+)或氚核3
H+)——对一或两个质子(氕核)的取代。[6][7]

  • H+
    2
    = 1
    H+
    2
    (最常见)[6][7]
  • [DH]+ = [2
    H1
    H]+(氘氢离子)[6]
  • D+
    2
    = 2
    H+
    2
    (双氘离子)[6][7]
  • [TH]+ = [3
    H1
    H]+(氚氢离子)
  • [TD]+ = [3
    H2
    H]+(氚氘离子)
  • T+
    2
    = 3
    H+
    2
    (双氚离子)[7]

量子力学分析

空间存在

形式

宇宙中,射线与氢分子的作用可以产生氢分子离子。此过程中,氢分子中的一个电子会脱离原结构,留下一个氢分子离子。[8]

H2 + 宇宙射线 → H+
2
+ e + 宇宙射线

宇宙射线中的粒子带有足够大的能量,停止前可以将许多氢分子转化为离子。

氢分子的电离能为15.603 eV。高速电子也会导致氢分子的电离,其峰值截面约为50 eV。高速质子所致电离的峰值截面为70000 eV,截面为2.5×10−16 cm2。宇宙射线中的低能质子也可以将电子从中性氢分子中剥离,由此产生一个中性氢原子和一个氢分子离子(p+ + H2 → H + H+
2
),峰值截面约为8×10−16 cm2中的8000 eV[9]

消失

氢分子离子会与其他氢分子碰撞而自然消失:

H+
2
+ H2H+
3
+ H


参见

参考资料

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