El catión hidrohelio (1+), HeH+, también conocido como ion hidruro de helio o ion molecular de hidruro de helio, es un catión formado por la reacción de un protón con un átomo de helio en fase gaseosa, y fue sintetizado por primera vez en el laboratorio en 1925; ante la hipótesis de que también podría encontrarse en el medio interestelar, se logró detectar de manera inequívoca en 2019 por SOFIA.[1] Es isoelectrónico con el hidrógeno molecular.[2] Es el ácido más fuerte conocido, con una afinidad protónica de 177,8 kJ/mol.[3] Es el ion heteronuclear más simple, comparable con el ion de hidrógeno molecular, H2+. Pero, a diferencia del H2+, es un dipolo permanente, lo que hace que su caracterización espectroscópica sea más fácil.[4]
Propiedades
El HHe+ no puede prepararse en fase condensada, ya que protonaría cualquier anión, átomo o molécula presente. Sin embargo, es posible estimar una acidez acuosa hipotética usando la ley de Hess.
| HHe+(g) | → | H+(g) | + He(g) | +178 kJ/mol | [3] |
| HHe+(aq) | → | HHe+(g) | +973 kJ/mol | [5] | |
| H+(g) | → | H+(aq) | −1530 kJ/mol | ||
| He(g) | → | He(aq) | +19 kJ/mol | [6] | |
| HHe+(aq) | → | H+(aq) | + He(aq) | −360 kJ/mol |
Su energía libre de disociación de -360 kJ/mol equivale a un pKa de -63.
La longitud del enlace covalente entre el átomo de H y He es de 0,772 angstrom.[7]
Otros hidruros de helio han sido estudiados o teorizados. Se ha observado HeH2+ mediante espectroscopía de microondas,[8] el cual tiene una energía de enlace de 25,1 kJ/mol, mientras que en el HeH3+ es de 0,42 kJ/mol.[9]
El catión de hidruro de dihelio se forma cuando reaccionan el catión dihelio con hidrógeno molecular.
- He2+ + H2 → He2H+ + H•.
El He2H+ es una molécula lineal con el hidrógeno en el centro.[10]
Reactividad
El catión de hidruro de helio reacciona con la mayoría de sustancias. Se ha observado que es capaz de protonar O2, NH3, SO2, H2O y CO2 dando lugar a O2H+, NH4+, HSO+, H3O+ y HCO2+. Otras moléculas como el óxido nítrico, dióxido de nitrógeno, óxido nitroso, sulfuro de hidrógeno, metano, acetileno, etileno, etano, metanol y acetonitrilo también reaccionan pero se rompen debido a la gran cantidad de energía liberada. Otra técnica usada para estudiar reacciones entre compuestos orgánicos y HeH+ consiste en la formación de un derivado de tritio con el compuesto orgánico. La descomposición del tritio hacia 3He+, seguida de la extracción de un átomo de hidrógeno da lugar a 3HeH+, el cual es rodeado por el compuesto orgánico y dando lugar a la reacción a estudiar.
Subsiguientes átomos de helio se unen al HeH+ para dar lugar a clústeres más grandes como He2H+, He3H+, He4H+, He5H+ y He6H+, el cual es particularmente estable.[11]
Existencia en la naturaleza
El ion de hidruro de helio se forma durante la desintegración del tritio en la molécula de T2, dando lugar a HT. Aunque la energía liberada en la desintegración del tritio desestabiliza la molécula, el enlace no se rompe.[12]
En 2019, mediante el Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy (SOFIA), el espectrómetro heterodino del Receptor Alemán de Astronomía operando a frecuencias superiores a 2 THz detectó en la nebulosa planetaria NGC 7027 el ion hidruro de helio por primera vez en el medio interestelar.[13] Se cree que fue el primer compuesto que se formó en el universo, y tiene una importancia fundamental en la comprensión de la química en el universo temprano.[14] Esto se debe a que el hidrógeno y el helio fueron casi los dos únicos tipos de átomos formados durante la nucleosíntesis primordial. Las estrellas formadas a partir de este material deberían haber contenido HeH+, el cual pudo influir en su formación y posterior evolución. En concreto, se cree que su fuerte momento dipolar permanente fue relevante en la opacidad de las estrellas con metalicidad cero. Se cree que el HeH+ también forma parte de las atmósferas de las enanas blancas ricas en helio, donde aumenta la opacidad del gas y hace que este tipo estelar se enfríe más lentamente.[15]
Se han sugerido diferentes lugares donde se podría detectar el HeH+, entre ellas estrellas frías de helio, regiones H II[16] y nebulosas planetarias densas, en particular NGC 7027. Es complicado detectar HeH+ con técnicas espectroscópicas ya que su línea espectral a 149,14 μm coincide con un doblete perteneciente al radical metilidino.
El HeH+ se podría formar en el gas que se enfría en choques disociativos en las nubes interestelares densas, como los choques causados por los vientos estelares, supernovas y el viento solar de las estrellas jóvenes. Si la velocidad de la onda de choque es superior a 90 km/s, se formaría en cantidades suficientemente grandes como para ser detectado espectroscópicamente. Si se detectara, estas emisiones servirían como marcadores de dicha onda de choque.[17]
Molécula neutra
Al contrario que el HeH+, la molécula neutra de hidruro de helio no es estable en su nivel energético más bajo. Sin embargo, existe en un estado excitado como excímero, y su espectro fue observado por primera vez a mediados de los 1980.[18][19][20]
Notas y referencias
Si no se indica lo contrario, los datos numéricos se han tomado de Weast, R. C. (Ed.) (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62nd Edn.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-8493-0462-8.
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- ↑ Estimated to be the same as for Li+(aq) → Li+(g).
- ↑ Estimated from solubility data.
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Datos: Q1188583
Multimedia: Helium hydride cation / Q1188583
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