メタニウムのソースを表示

[[ファイル:Chemdg_methonium_1pos.svg|サムネイル|メタニウム(CH<sub>5</sub><sup>+</sup>)]]
[[化学]]において、'''メタニウム'''（methanium）は[[化学式]]{{chem|CH|5|+}}で表される[[陽イオン]]であり、1つの[[炭素]]原子に5つの[[水素]]原子が結合しており、+1の[[電荷]]として振る舞う。メタニウムは[[超強酸|超酸]]であり、また[[オニウム化合物|オニウムイオン]]の一種であり、最も単純な[[カルボニウムイオン]]でもある。

メタニウムは希薄な気体として、あるいは超酸中の希薄種として、実験室で合成することができる。 メタニウムは、また1950年に初めて合成され、1952年に{{仮リンク|ヴィクトル・タリローゼ|en|Victor Talrose}}と彼の助手のAnna Konstantinovna Lyubimovaにより論文報告されている<ref name=Talrose/><ref name="Nikolaev1998">{{Cite journal|last=Nikolaev|first=Eugene|year=1998|title=Victor Talrose: an appreciation|journal=Journal of Mass Spectrometry|volume=33|issue=6|pages=499–501|doi=10.1002/(SICI)1096-9888(199806)33:6<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C|issn=1076-5174}}</ref>。メタニウムは化学反応における[[中間体]]としても発生する。

メタニウムイオンの名称は[[メタン]] ({{chem|CH|4}}) から命名されており、[[アンモニア]] ({{chem|NH|3}}) から名付けられた[[アンモニウム|アンモニウムイオン]] ({{chem|NH|4|+}}) と同様の命名法である。

== 構造 ==
メタニウムは、[[3中心2電子結合]]内の空軌道と相互作用する水素分子をもつ CH<sub>3</sub><sup>+</sup>カルバニウムイオン と見なすことができる。H<sub>2</sub>分子の結合性電子対は、2つの水素原子と1つの炭素原子の間で共有され、3中心2電子結合を形成する<ref name=Rasul/>。

H<sub>2</sub>分子中の2つの水素原子は、CH<sub>3</sub><sup>+</sup>イオンの中の3つの水素原子と絶えず入れ替わっている（これは疑似回転、特に[[ベリー機構]]と呼ばれる立体構造変化である）。したがって、メタニウムイオンは可動性分子である。その構造変化のエネルギー障壁は非常に低く、非常に低温でも起こり得る<ref name=Schreiner/><ref name=Mueller/>。

[[赤外分光法]]を用いるとメタニウムイオンの様々な構造に関する情報が得られる<ref name=White/><ref name=Asvany/><ref name=Huang/>。通常のメタンのIRスペクトルは、約3000&#x20;cm<sup>−1</sup>に対称と非対称伸縮振動に由来する2つのC-Hバンド、また約1400&#x20;cm<sup>−1</sup>に対称と非対称屈曲振動に由来する2つのバンドを示す。 一方、CH<sub>5</sub><sup>+</sup>のIRスペクトルは、3つの非対称伸縮振動に由来した2800–3000&#x20;cm<sup>−1</sup>、横揺れ振動の1300&#x20;cm<sup>−1</sup>、屈曲振動の1300、1100&#x20;cm<sup>−1</sup>にバンドを示す。

== 合成 ==
メタニウムは、メタンに非常に強い酸を作用させることで合成される、[[フッ化水素酸]]中の[[五フッ化アンチモン]] ({{chem|SbF|5}}) のような超酸が用いられる<ref name=Sommer/>。

約2 [[Torr]]の圧力と室温下で、メタンイオン ({{chem|CH|4|+}}) は、中性のメタンと反応し、メタニウムとメチルラジカルを生じる<ref name=Field/>。
<!--:{{chem|CH|4|+}} + {{chem|CH|4}} → {{chem|CH|5|+}} + {{chem|CH|3|•}}-->
: <chem>{CH4^+} + CH4 -> {CH5^+} + CH3^{{\bullet}}</chem>

== 安定性および反応 ==
メタンと超酸（{{chem|SbF|5}} + HF）の反応で得られたカチオンのメタニウムイオンは、HF分子との相互作用で安定化されている。

減圧（約1 [[mmHg]]）、室温下では、メタニウムは中性メタンと反応しない<ref name=Field/>。

== 脚注 ==
{{Reflist|30em|refs=
<ref name="Talrose">{{Cite journal|author= Talrose, V. L.; Lyubimova, A. K.|journal=Dokl. Akad. Nauk SSSR |volume=86|pages= 909-912 |year=1952|title=Вторичные процессы в ионном источнике масс-спектрометра (''Secondary processes in the ion source of the mass spectrometer'')|url=http://elib.biblioatom.ru/text/nash-talroze_2007/go,289/}} </ref>
<ref name="Field">{{cite journal|author=Field, F. H.; Munson, M. S. B.|year=1965|title=Reactions of gaseous ions. XIV. Mass spectrometric studies of methane at pressures to 2 Torr|journal=[[J. Am. Chem. Soc.]]|volume =87|issue= 15| pages= 3289–3294 |doi=10.1021/ja01093a001}}</ref>
<ref name="Mueller">{{cite journal|author=Müller, H.; Kutzelnigg, W.; Noga, J.; Klopper, W. |year=1997|title={{chem|CH|5|+}}: The story goes on. An explicitly correlated coupled-cluster study|journal=J. Chem. Phys.| volume= 106| pages= 1863|doi=10.1063/1.473340}}</ref>
<ref name=Huang>{{cite journal|author=Huang, X.; McCoy, A. B.; Bowman, J. M.; Johnson, L. M.; Savage, C.; Dong, F.; Nesbitt, D. J.|year=2006|title=Quantum deconstruction of the infrared spectrum of {{chem|CH|5|+}}|journal=[[Science]]| volume =311| issue= 5757| pages= 60–63|doi=10.1126/science.1121166|pmid=16400143}}
</ref>
<ref name=White>{{cite journal|author=White, E. T.; Tang, J.; [[岡武史|Oka, T.]]|year=1999|title={{chem|CH|5|+}}: The infrared spectrum observed|journal=Science| volume =284| issue=5411| pages= 135|doi=10.1126/science.284.5411.135|pmid=10102811}}
</ref>

<ref name=Asvany>{{cite journal|author=Asvany, O.; Kumar P. P.; Redlich, B.; Hegemann, I.; Schlemmer, S.; Marx, D.|year=2005|title=Understanding the infrared spectrum of bare {{chem|CH|5|+}}|journal=Science| volume =309| issue= 5738| pages = 1219–1222|doi=10.1126/science.1113729|pmid=15994376}}
</ref>

<ref name=Sommer>{{cite journal|author=  Sommer, J.;  Jost, R. |year=2000|url=http://195.37.231.82/publications/pac/pdf/2000/pdf/7212x2309.pdf |title=Carbenium and carbonium ions in liquid- and solid-superacid-catalyzed activation of small alkanes|journal= Pure Appl. Chem.| volume= 72| pages= 2309–2318|doi=10.1351/pac200072122309}}
</ref>

<ref name=Rasul>{{cite journal|author=  Rasul, G.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A.|year= 2011|title=Comparative study of the hypercoordinate carbonium ions and their boron analogs: A challenge for spectroscopists|journal=Chem. Phys. Lett.|volume= 517| issue= 1–3| pages= 1–8|doi=10.1016/j.cplett.2011.10.020}}
</ref>

<ref name=Schreiner>{{cite journal|author= Schreiner, P. R.; Kim, S.-J.; Schaefer, H. F.; [[:en:Paul von Ragué Schleyer|Schleyer, P. v. R.]]| year=1993|title={{chem|CH|5|+}}: The never‐ending story or the final word?|journal=J. Chem. Phys.|volume =99| issue= 5| pages= 3716-3720|doi=10.1063/1.466147}}
</ref>
}}

== 関連項目 ==
* [[カルボカチオン]]
** {{ill2|カルボニウム|en|Carbonium ion|preserve=1}}
* [[反応中間体]]


{{DEFAULTSORT:めたにうむ}}

[[Category:カチオン]]
[[Category:酸]]