Química

Combustibles alternativos

catión dihidrógeno, ion molecular dihidrógeno, o H₂⁺, es el ion molecular más sencillo. Está compuesto por dos protones con carga positiva y un electrón con carga negativa, y puede formarse en la ionización de una molécula neutra de hidrógeno. Es de gran interés histórico y teórico porque, teniendo un sólo electrón, se puede resolver la ecuación de Schrödinger de este sistema de una manera relativamente sencilla debido a la ausencia de repulsión electrón-electrón (correlación electrónica). Las soluciones analíticas para los autovalores de la energía¹ son una generalización de la función W de Lambert (véase función W de Lambert y sus referencias para más detalles sobre esta función).Luego, el caso de los núcleos abrazados puede resolverse analíticamente por completo usando un sistema algebraico por ordenador y, a consecuencia de ello, suele aparecer como ejemplo en la mayoría de los libros de texto deQuímica cuántica.- ........................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=520ffffb1c67a58bc35e4799d489c36887a9ad23&writer=rdf2latex&return_to=Cati%C3%B3n+dihidr%C3%B3geno

El ion molecular de hidrógeno, dihidrógeno catión, o H2 , es el ion molecular más simple. Se compone de dos protones de carga positiva y un electrón cargado negativamente, y puede estar formado a partir de ionización de una molécula de hidrógeno neutro. Es de gran interés histórico y teórico, ya que, tener un solo electrón, la ecuación de Schrödinger para el sistema puede ser resuelto de una manera relativamente sencilla debido a la falta de repulsión electrón-electrón. Las soluciones analíticas para los valores propios de energía son una generalización de la función W de Lambert. Por lo tanto, el caso de los núcleos sujeta puede ser completamente realizado analíticamente mediante un sistema de álgebra computacional dentro de un enfoque de la matemática experimental. Por consiguiente, se incluye como un ejemplo en la mayoría de libros de texto de química cuántica.

El primer tratamiento mecánico cuántico éxito de H2 fue publicado por el físico danés yvind Burrau en 1927, justo un año después de la publicación de la mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger. Los primeros intentos con la vieja teoría cuántica se habían publicado en 1922 por Karel Niessen y Wolfgang Pauli, y en 1925 por Harold Urey. En 1928, Linus Pauling publicó una reseña poner en común el trabajo de Burrau con la obra de Walter Heitler y Fritz London en la molécula de hidrógeno.

Vinculación en H2 puede ser descrito como un enlace covalente de un electrón, que tiene un orden de enlace formal de un medio.

El ion se forma comúnmente en las nubes moleculares en el espacio, y es importante en la química del medio interestelar.

Quantum tratamiento mecánico, simetrías y asintótica

La ecuación de onda de Schrödinger electrónica más simple para el ion molecular de hidrógeno se modela con dos centros nucleares fijas, etiquetados A y B, y un electrón. Se puede escribirse como

¿dónde está la función de energía potencial de Coulomb electrón-nuclear:

y E es la energía de un estado mecánico cuántico dado, con la función de estado electrónico en función de las coordenadas espaciales del electrón. Un término aditivo, que es constante para la distancia internuclear fija, se ha omitido en el potencial, ya que sólo se desplaza el valor propio. Las distancias entre los electrones y los núcleos se denotan y. En las unidades atómicas de la ecuación de onda es

Podemos elegir el punto medio entre los núcleos como el origen de coordenadas. Se desprende de los principios generales de simetría que las funciones de onda pueden ser caracterizados por su comportamiento simetría con respecto a la inversión espacio. Hay funciones de onda:, que son simétricas con respecto a la inversión de espacio, y no son funciones de onda:, que son anti-simétrica en virtud del presente operación de simetría: Observamos que la permutación de los núcleos tiene un efecto similar en la función de onda electrónica. Nosotros sólo mencionar que para un sistema de comportamiento apropiado polielectrónico de con respecto a la simetría de permutación de los electrones debe ser garantizado, además de las simetrías que acabamos de mencionar anteriormente. Ahora las ecuaciones de Schrödinger para estas funciones de onda simetría adaptados son

El estado fundamental es el estado con la función de onda correspondiente denota como. Hay también el primer estado excitado, con su etiqueta como. que ocurre aquí denotan sólo el comportamiento simetría bajo Inversión espacio. Su uso es una práctica estándar para la designación de los estados electrónicos de moléculas diatómicas, mientras que para los estados atómicos se utilizan los términos pares e impares.

Asintóticamente, los eigenenergies para estos dos estados se extiende más bajos tienen el mismo desarrollo asintótico en potencias inversas de la distancia R entre nuclear:

La diferencia real entre estas dos energías se llama la división de la energía de cambio y está dada por:

que se desvanece exponencialmente a medida que la distancia R entre nuclear obtiene mayor. El término principal se obtuvo por primera vez por el método de Holstein-Herring. Del mismo modo, las expansiones asympotic en potencias de 1/R se han obtenido de alto orden por Cizek et al. para los diez estados discretos más bajos del ión molecular de hidrógeno. Para diatómico general y sistemas moleculares poliatómicos, el intercambio de energía es por lo tanto muy difícil de calcular a grandes distancias inter-nucleares, pero sin embargo es necesaria para las interacciones de largo alcance, incluyendo estudios relacionados con el magnetismo y los efectos de cambio de carga. Son de particular importancia en la física estelar y de la atmósfera.

Las energías de los estados discretos más bajas se muestran en el gráfico anterior. Estos pueden ser obtenidos dentro de la precisión arbitraria usando álgebra de la computadora de la función W de Lambert generalizada, pero se obtuvieron inicialmente por medios numéricos dentro de doble precisión por el programa más precisa disponible, a saber, ODKIL. Las líneas continuas rojas son estados. Las líneas discontinuas verdes son estados. La línea discontinua azul es un estado y la línea de puntos de color rosa es un estado. Tenga en cuenta que si bien las soluciones de valores propios generalizados Lambert W Función sustituyen estas expansiones asintóticas, en la práctica, son más útiles cerca de la longitud del enlace. Estas soluciones son posibles porque la ecuación diferencial parcial de la ecuación de onda aquí se separa en dos ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas utilizando coordenadas esféricas alargados.

Formación

El dihidrógeno de iones se forma en la naturaleza por la interacción de los rayos cósmicos y la molécula de hidrógeno. Un electrón es eliminado dejando el catión atrás.

 H2 rayos cósmicos? H2 correo rayos cósmicos.

Partículas de rayos cósmicos tienen energía suficiente para ionizar muchas moléculas antes de llegar a una parada.

En la naturaleza el ion se destruye por reacción con otras moléculas de hidrógeno:

 H2 H2? H3 H.

La energía de ionización de la molécula de hidrógeno es 15.603 eV. La energía de disociación del ion es 1,8 eV. Electrones de alta velocidad también causan ionización de moléculas de hidrógeno con una sección transversal pico alrededor de 50 eV. La sección transversal máxima de ionización para los protones de alta velocidad es de 70.000 eV con una sección transversal de 2.5x10-16 cm2. Un protón de rayos cósmicos en la energía más baja también puede pelar un electrón de una molécula de hidrógeno neutro para formar un átomo de hidrógeno neutro y el catión dihidrógeno, con una sección transversal pico a alrededor de 8000 eV de 8x10-16 cm2.

Una célula de descarga de plasma artificial también puede producir el ión.

El átomo de hidrógeno es el más pequeño y ligero. Incluso si puede existir en varias formas "pesado", añadiendo neutrones, la forma más común de hidrógeno tiene un protón y un electrón, por lo que es extremadamente simple. Es también el elemento más abundante en el universo, y constituye el 75% de la masa del universo. Gas de hidrógeno puro es rara en la tierra y se produce comúnmente industrialmente a partir de hidrocarburos, que se usó inmediatamente en la mayoría del gas. La mayor parte del universo está hecho de hidrógeno en su forma de plasma en estrellas.

Conceptos erróneos 

Para muchas personas, no es el término de iones de hidrógeno en términos de química ácido-base. Un catión de hidrógeno se conoce generalmente como un protón, que consiste únicamente como un protón sin electrones, lo que tiene implicaciones importantes en la teoría de ácidos de Bronsted, que se refiere a un ácido como un donador de protones y una base tal como un aceptor de electrones. Esta terminología para un ion de hidrógeno, sin embargo, puede ser engañoso, ya que un protón desnudo no hay ningún tipo de solución, debido a su tendencia a unirse a otras moléculas. Como resultado, las soluciones que implican el agua, un ion de hidrógeno se refiere a menudo como un ion hidronio, que es la adición de un protón a una molécula de agua.

Tipos

Una forma más estable de un ion de hidrógeno se conoce como dihydronium de iones, que consiste en dos protones y un electrón. Como tal, es la molécula más simple posible y se encuentra principalmente en el espacio interestelar. Cationes dihidrógeno se puede formar de dos maneras: la reacción de un trihidrógeno de cationes con un fotón de alta energía o un electrón. En ambos casos, se forma un electrón extra. Cationes de dihidrógeno pueden reaccionar para formar cationes trihidrógeno, y cationes trihidrógeno pueden reaccionar con cationes dihidrógeno así, aunque en este último caso no hay ningún cambio neto de materiales, incluso si pueden producirse las variaciones de revoluciones subatómica.

Tipos

El trihidrógeno catión se observó en 1911 a partir del análisis de descargas de plasma. Durante este análisis, una molécula única con una relación 3:1 en masa-carga ha sido identificado, que se ha postulado que es el catión o trihidrógeno o un carbono con electrones. Puesto que este último es muy poco probable, como es el hecho de que esta especie se ha observado para aumentar cuando se añadió hidrógeno adicional, se concluyó que la molécula no se identificó un cationes trihidrógeno. Cationes trihidrógeno son difíciles de analizar, porque no tienen momento dipolar (una medida de la afinidad electrónica relativa dentro de una molécula, momentos dipolares son inexistentes en cationes trihidrógeno porque los tres átomos son equidistantes y tienen la misma afinidad por los electrones). Examen por la luz ultravioleta es también imposible debido al hecho de que destruiría la molécula. Por último, a través del uso de una técnica llamada espectroscopia de rovibrónica permitido para la identificación y el análisis de la trihidrógeno catión. Puede existir de manera estable en el espacio debido a las bajas temperaturas y la baja densidad del espacio interestelar, y se encuentra principalmente en las atmósferas de los planetas gigantes como Júpiter, Saturno y Urano, así como en la región de plasma de las estrellas.

Significado

El ion de hidrógeno, debido a su simplicidad, que tiene un papel central en la comprensión de la química y física subatómica. Un átomo de hidrógeno ionizado es fundamental para la teoría de ácidos de Bronsted. Además, el dihidrógeno catión se utiliza a menudo como un ejemplo de libro para la solución de la ecuación de Schrödinger para una molécula, ya que sólo tiene un electrón, los cálculos de repulsión electrón-electrón pueden ser ignorados. Por último, la trihidrógeno catión, que toma la forma de un triángulo equilátero, a menudo se utiliza un ejemplo para el cálculo de orbitales de electrones de una molécula entera. Estas características únicas del ion de hidrógeno, así como su abundancia en las estrellas, las atmósferas planetarias, y otras regiones donde se puede comprobar el estado físico del plasma, lo convierten en un interesante e importante en varios campos de la ciencia.