水素化ヘリウムイオンのソースを表示

{{chembox
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|   ImageName = Spacefill model of the helium hydride ion
|   SystematicName = hydridohelium(1+)<ref>{{Cite web|url = https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=33688|title = hydridohelium(1+) (CHEBI:33688)|work = Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI)|location = UK|publisher = European Bioinformatics Institute|accessdate=2011-07-26}}</ref>
| Section1 = {{Chembox Identifiers
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|   ChEBI = 33688
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| Section2 = {{Chembox Properties
|   Formula = HeH<sup>+</sup>
|   MolarMass = 5.01054 g mol<sup>-1</sup>
|   ExactMass = 5.010428282 g mol<sup>-1</sup>
 }}
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'''水素化ヘリウムイオン'''（すいそかヘリウムイオン、{{lang-en-short|helium hydride ion}}）、別名'''ヒドリドヘリウム(1+)イオン'''は、[[気相]]において[[ヘリウム]]と[[陽子]]の反応によって生じる[[カチオン]]である。[[化学式]]は <chem>HeH^+</chem> で、[[1925年]]に初めて観察された<ref>{{cite journal|author = T. R. Hogness and E. G. Lunn|title = The Ionization of Hydrogen by Electron Impact as Interpreted by Positive Ray Analysis|journal = [[Physical Review]]|year = 1925|volume = 26|issue = 1|pages = 44–55|doi = 10.1103/PhysRev.26.44}}</ref>。[[プロトン親和力]]は117.8 kJ/molで、既知の[[酸]]の中で最強である<ref name="Epa">{{cite journal|doi = 10.1063/1.555719|author = Lias, S. G.; Liebman, J. F.; Levin, R. D.|year = 1984|title = Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules; Heats of Formation of Protonated Molecules|journal =Journal of Physical and Chemical Reference Data|volume = 13|issue = 3|pages = 695}}</ref>。天然には[[星間物質]]中に存在し、[[成層圏赤外線天文台]]の観測により2019年に検出された<ref name="stut2019">{{Cite journal|last10=Stutzki|first10=Jürgen|last9=Risacher|first9=Christophe|last8=Ricken|first8=Oliver|last7=Klein|first7=Bernd|first6=Karl|last6=Jacobs|last5=Graf|first5=Urs U.|last4=Menten|first4=Karl M.|last3=Neufeld|first3=David|last2=Wiesemeyer|first2=Helmut|last1=Güsten|first1=Rolf
|date=April 2019|title=Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH<sup>+</sup> |journal=Nature|volume=568|issue=7752|pages=357–359|doi=10.1038/s41586-019-1090-x|pmid=30996316|arxiv=1904.09581|bibcode=2019Natur.568..357G|s2cid=119548024}}</ref><ref name="DSCVR-20191222">{{cite news |last=Andrews |first=Bill |title=Scientists Find the Universe's First Molecule |url=https://www.discovermagazine.com/the-sciences/scientists-find-the-universes-first-molecule |date=22 December 2019 |work=[[Discover (magazine)|Discover]] |access-date=22 December 2019 }}</ref>。

== 性質 ==
水素化ヘリウムイオンは[[水素]]分子 (<chem>H2</chem>) と[[等電子的]]である。

H<sub>2</sub><sup>+</sup> とは異なり、HeH<sup>+</sup> は[[双極子|永久双極子モーメント]]をもっており、そのことが[[赤外分光法|赤外分光]]を容易にしている<ref>{{cite journal|doi = 10.1006/jmsp.1998.7740|title = Experimental Born–Oppenheimer Potential for theX1Σ+Ground State of HeH+: Comparison with theAb InitioPotential|year = 1999|author = Coxon, J|journal = Journal of Molecular Spectroscopy|volume = 193|pages = 306|pmid = 9920707|last2 = Hajigeorgiou|first2 = PG|issue = 2}}</ref>。

<chem>HeH^+</chem> は接触したどのような[[アニオン]]、[[分子]]、[[原子]]にも[[プロトン化|プロトンを与えてしまう]]ので、固体や液体の形で得ることはできない。しかし、[[ヘスの法則]]を使って仮想的な水溶液中の[[酸解離定数]]を予測することができる。
{|
|-
| <chem>HHe^+(g)</chem> || <chem>-></chem> || <chem>H^+(g)</chem> || <chem>+ He(g)</chem>
| align=right | +178 kJ/mol
| <ref name="Epa"/>
|-
| <chem>HHe^+(aq)</chem> || <chem>-></chem> || <chem>HHe^+(g)</chem> || 
| align=right | +973 kJ/mol
| <ref><chem>Li^+(aq) -> Li^+(g)</chem> の反応と同様であると見積もられている。</ref>
|-
| <chem>H^+(g)</chem> || <chem>-></chem> || <chem>H^+(aq)</chem> || 
| align=right | –1530 kJ/mol
|
|- style="border-bottom:2px solid black"
| <chem>He(g)</chem> || <chem>-></chem> || <chem>He(aq)</chem> ||
| align=right | +19 kJ/mol
| <ref name="EstSol">[[溶解度]]から推定される。</ref>
|-
| <chem>HHe^+(aq)</chem> || <chem>-></chem> || <chem>H^+(aq)</chem> || <chem>+ He(aq)</chem>
| align=right | '''–360 kJ/mol'''
|
|-
|}

この[[解離 (化学)|解離]]による[[自由エネルギー]]変化-360 kJ/molは、pKa -63に等しい。

<chem>HeH^+</chem> の[[共有結合]]の[[結合長]]は0.772 [[オングストローム|Å]]である<ref name="Coyne">{{Cite journal| last = Coyne| first = John P.| coauthors = Ball, David W.| title = Alpha particle chemistry. On the formation of stable complexes between He2+ and other simple species: implications for atmospheric and interstellar chemistry| journal = Journal of Molecular Modeling| volume = 15| issue = 1| pages = 37|year = 2009| doi = 10.1007/s00894-008-0371-3| pmid = 18936986}}</ref>。

水素化ヘリウムイオンには他にも知られているものや理論的に研究されているものがある。二水素化ヘリウムイオン <chem>HeH2^+</chem> (別名'''ジヒドリドヘリウム(1+)''') は[[マイクロ波分光法]]で検出されている<ref>{{cite journal|author = Alan Carrington, David I. Gammie, Andrew M. Shaw, Susie M. Taylor and Jeremy M. Hutson|title = Observation of a microwave spectrum of the long-range He···H<sub>2</sub><sup>+</sup> complex|journal = Chemical Physics Letters|year = 1996|volume = 260|issue = 3-4|pages = 395–405|doi = 10.1016/0009-2614(96)00860-3}}</ref>。 その[[結合エネルギー]]は 6 kcal/mol (25kJ/mol) と計算されている。一方、'''トリヒドリドヘリウム(1+)''' <chem>HeH3^+</chem> の結合エネルギーは 0.1 kcal/mol (0.4kJ/mol) と計算されている<ref>F.Pauzat and Y. Ellinger [http://asilomar.caltech.edu/abstracts_processed/Pauzat_2z6IeIOR.pdf Where do noble gases hide in space?], Astrochemistry: Recent Successes and Current Challenges, Poster Book IAU Symposium No. 231, 2005 A. J. Markwick-Kemper (ed.)</ref>。

== 自然発生 ==
水素化ヘリウムイオンは、[[三重水素|トリチウム]]化水素分子 HT またはトリチウム分子 T<sub>2</sub> の[[放射性崩壊|崩壊]]によって生じる。これらは[[β崩壊]]の反動によって[[励起]]されるが、分子は結合したままである<ref>F Mannone: ''Safety in Tritium Handling Technology'' Springer 1993, p 92</ref>。

HeH<sup>+</sup> は[[宇宙]]で生じた最初の[[化合物]]であるとされ<ref name="EngelEtAl">{{Cite journal| last = Engel| first = Elodie A.| authorlink = | coauthors = Doss, Natasha; Harris, Gregory J.; Tennyson, Jonathan| title = Calculated spectra for HeH+ and its effect on the opacity of cool metal-poor stars| journal = Monthly Notices of the Royal Astronomical Society| volume = 357| issue = 2| pages = 471–477| year =2005| doi = 10.1111/j.1365-2966.2005.08611.x| bibcode=2005MNRAS.357..471E}}</ref>、初期の宇宙の化学を理解する上で基礎的な重要性がある<ref name="LiuEtAl">{{Cite journal
| last = Liu| first = X.-W.|coauthors =  Barlow, M. J.; Dalgarno, A.; Tennyson, J.; Lim, T.; Swinyard, B. M.; Cernicharo, J.; Cox, P.; Baluteau, J.-P.; Pequignot, D.; Nguyen-Q-Rieu; Emery, R. J.; Clegg, P. E| title = An ISO Long Wavelength Spectrometer detection of CH in NGC 7027 and an HeH^+ upper limit| journal = Monthly Notices of the Royal Astronomical Society| volume = 290| issue = 4| pages = L71–L75| year = 1997| bibcode = 1997MNRAS.290L..71L}}</ref>。原始の物質からつくられる星は HeH<sup>+</sup> を含まなければならず、これが[[星形成]]と以降の進化に影響を与える。特に、その強い双極子モーメントは、これをゼロ金属量の星の不透明度と関連付けた<ref name="EngelEtAl"/>。HeH<sup>+</sup> はヘリウムの豊富な[[白色矮星]]の[[大気]]の重要な構成要素であるとも考えられている。これはガスの不透明度を高くし、結果として星の冷却を遅くする<ref name="HarrisEtAl">{{Cite journal| last = Harris| first = G.J.|coauthors = Lynas-Gray, A.E.; Miller, S.; Tennyson, J.| title = The Role of HeH+ in Cool Helium-rich White Dwarfs| journal = [[アストロフィジカルジャーナル]]|volume = 617| issue = 2| pages = L143–L146|year = 2004|doi = 10.1086/427391| bibcode=2004ApJ...617L.143H}}</ref>。

HeH<sup>+</sup> が見つかる可能性のあるいくつかの場所が提案され、冷えた[[ヘリウム星]]<ref name="EngelEtAl"/>、[[HII領域]]<ref name="RobergeDelgarno">{{Cite journal| last = Roberge| first = W.|coauthors = Delgarno, A.| title = The formation and destruction of HeH/+/ in astrophysical plasmas| journal = [[アストロフィジカルジャーナル]]| volume = 255| pages = 489–496| year = 1982| doi = 10.1086/159849| bibcode=1982ApJ...255..489R}}</ref>、収縮した[[惑星状星雲]]<ref name = "RobergeDelgarno"/>（特に[[NGC 7027]]）などが挙げられている<ref name = "LiuEtAl"/>。その最も突出したスペクトル線の1本の[[波長]]が149.14 [[マイクロメートル|µm]]で、これが [[メチリジンラジカル|CH]] のもつスペクトル線のダブレットと一致するという事実によって、HeH<sup>+</sup> を[[分光学]]的に検出することが困難になっている<ref name="EngelEtAl"/>。

HeH<sup>+</sup> は、[[恒星風]]の衝撃や[[超新星]]、若い星から流れ出る物質による濃い恒星間雲の中における解離性の衝撃の後に冷却されたガスから生じる。衝撃の速度が約90 km/sより大きい場合、検出するのに十分な量が生じる可能性がある。HeH<sup>+</sup> を発見することができれば、このイオンからの[[放射]]は衝撃の有用な[[トレーサー]]となるかもしれない<ref name="NeufeldDelgarno">{{Cite journal| last = Neufeld| first = David A.|coauthors = Dalgarno, A.| title = Fast molecular shocks. I - Reformation of molecules behind a dissociative shock| journal = [[アストロフィジカルジャーナル]]| volume = 340| pages = 869–893|year = 1989|doi = 10.1086/167441| bibcode=1989ApJ...340..869N}}</ref>。

== 中性分子 ==
水素化ヘリウムイオンとは異なり、中性の水素化ヘリウム分子の[[基底状態]]は安定ではない。しかし、励起状態は[[エキシマ]]として安定である。この分子のスペクトルは1980年代に初めて観察された<ref>{{cite journal|title = Observation of Fluorescence of the HeH Molecule|author = Thomas Möller, Michael Beland, and Georg Zimmerer |journal = Phys. Rev. Lett.|volume = 55|pages = 2145–2148|year = 1985|doi = 10.1103/PhysRevLett.55.2145|pmid = 10032060|issue = 20|bibcode=1985PhRvL..55.2145M}}</ref><ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/ketterle-autobio.html Wolfgang Ketterle], The Nobel Prize in Physics 2001</ref><ref>{{cite journal|title = Emission spectra of bound helium hydride |author = W. Ketterle, H. Figger, and H. Walther |journal = Phys. Rev. Lett.|volume = 55|pages = 2941–2944|year = 1985|doi = 10.1103/PhysRevLett.55.2941|pmid = 10032281|issue = 27|bibcode=1985PhRvL..55.2941K}}</ref>。

== 出典 ==
特に明記しない限り、数値データは Weast, R. C. (Ed.) (1981). ''CRC Handbook of Chemistry and Physics'' (62nd Edn.). [[ボカラトン]]: CRC Press. ISBN 0-8493-0462-8 による。
{{Reflist|2}}

{{貴ガス化合物}}
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[[Category:ヘリウムの化合物]]
[[Category:カチオン]]
[[Category:酸]]