PROFILPELAJAR.COM

Молекулярний іон водню — найпростіший двоатомний іон H₂⁺, утворюється внаслідок іонізації молекули водню. У молекулярному іоні H₂⁺ утворюється одноелектронний хімічний зв'язок з відстанню d_HH=1,07Å. Одноелектронний зв'язок слабший (енергія розриву 61 ккал/моль), ніж звичайний двоелектронний зв'язок у нейтральній молекулі водню (d_HH = 0,74Å, енергія розриву 104 ккал/моль)^[1]. Розрахунки залежностей повної енергії та її компонент від міжядерної відстані для найпростішої структури з хімічним зв'язком — молекулярного йона водню H₂⁺ з одноелектронним зв'язком — показують, що мінімум повної енергії, який досягається за рівноважної міжядерної відстані і дорівнює 1,06Å, пов'язаний із різким зниженням потенціальної енергії електрона внаслідок концентрації та стиснення хмари електронної густини в міжядерній області^[2].

Можна уявити утворення йону H₂⁺ як результат реакції атома водню та протона:

{\mathsf {H+H^{+}\rightarrow H_{2}^{+}+61\ {\text{ккал}}}}

або йонізації молекули водню

{\mathsf {H_{2}+357\ {\text{ккал}}\rightarrow H_{2}^{+}+e^{-}}}

Також молекулярним іоном водню можна вважати молекулу H₃⁺, яка порівняно стійка і утворюється за схемою

{\mathsf {H_{2}+H^{+}\rightarrow H_{3}^{+}+70\ {\text{ккал}}}}

або за бімолекулярною реакцією через збуджений іон водню H₄⁺^[3]:

{\mathsf {H_{2}^{+}+H_{2}\rightarrow [H_{4}^{+}]^{*}\rightarrow H_{3}^{+}+H+1,1\ {\text{еВ}}}}

Молекулярний іон водню H₂⁺ містить два протони, заряджених додатно, і один електрон, заряджений від'ємно. Єдиний електрон компенсує електростатичне відштовхування двох протонів та утримує їх на відстані d_H_H=1,06Å. Центр електронної густини електронної хмарки (орбіталі) рівновіддалений від обох протонів на борівський радіус α₀=0,53Å і є центром симетрії молекулярного йона водню H₂⁺.

Молекулярний іон водню H₃⁺ містить три протони та два електрони. Електростатичне відштовхування трьох протонів компенсують два електрони. Методом кулонівського вибуху^[en] показано, що протони молекулярного йону водню H₃⁺ містяться у вершинах рівностороннього трикутника з міжядерною відстанню 1,25±0,2Å^[4]. Точного розв'язку хвильового рівняння Шредінгера, що описує поведінку електронів для систем, які містять два електрони, не існує. Широко використовувана наближена теорія молекулярних орбіталей не враховує кулонівської електронної кореляції — електростатичного відштовхування електронів. Можна вважати, що при врахуванні кулонівської електронної кореляції центри електронної густини будуть рівновіддаленими один від одного, а також рівновіддалені від ядер молекулярного йона водню H₃⁺. У центрі молекулярного графа H₃⁺ існує «кулонівська дірка». У молекулярному йоні H₃⁺ реалізується двоелектронний трицентровий хімічний зв'язок.

Посилання

Сайт Уфімського кванто-хімічного товариства. Лекція № 13 «Електронна кореляція» (рос.)

Див. також

Примітки

↑ 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. — С. 1153-1167.
↑ Реферативный журнал химии. — 1983. — Т. 7Б131.