हीलियम मंदक

हीलियम डिमर सूत्र हे के साथ एक वैन डेर वाल्स अणु है2 दो हीलियम परमाणुओं से मिलकर। यह रसायन सबसे बड़ा डायटोमिक अणु है - एक अणु जिसमें दो परमाणु रासायनिक बंधन एक साथ होते हैं। इस डिमर (रसायन विज्ञान) को एक साथ रखने वाला बंधन इतना कमजोर होता है कि अगर अणु घूमता है, या बहुत ज्यादा कंपन करता है तो यह टूट जाएगा। यह बहुत कम क्रायोजेनिक तापमान पर ही मौजूद हो सकता है।

दो उत्तेजित अवस्था वाले हीलियम परमाणु भी एक दूसरे से बंध सकते हैं जिसे एक्साइमर कहा जाता है। यह हीलियम के एक स्पेक्ट्रम से खोजा गया था जिसमें पहली बार 1912 में देखे गए वर्णक्रमीय बैंड थे। हे के रूप में लिखा गया था2* * अर्थ उत्तेजित अवस्था के साथ, यह पहला ज्ञात Rydberg अणु है। कई डाइहेलियम आयन भी मौजूद हैं, जिनमें ऋणात्मक एक, धनात्मक एक और धनात्मक दो के शुद्ध आवेश होते हैं। हीलियम के दो परमाणु एक फुलरीन के पिंजरे में बंधे बिना एक साथ बंधे रह सकते हैं।

अणु
आणविक कक्षीय सिद्धांत के आधार पर, He2 मौजूद नहीं होना चाहिए, और परमाणुओं के बीच एक रासायनिक बंधन नहीं बन सकता। हालाँकि, वैन डेर वाल्स बल हीलियम परमाणुओं के बीच मौजूद है जैसा कि तरल हीलियम के अस्तित्व से दिखाया गया है, और परमाणुओं के बीच की दूरी की एक निश्चित सीमा पर आकर्षण प्रतिकर्षण से अधिक है। तो वैन डेर वाल्स बल से बंधे दो हीलियम परमाणुओं से बना एक अणु मौजूद हो सकता है। इस अणु के अस्तित्व को 1930 की शुरुआत में प्रस्तावित किया गया था। वह2 दो परमाणुओं का सबसे बड़ा ज्ञात अणु है जब इसकी जमीनी अवस्था में, इसकी अत्यधिक लंबी बंध लंबाई के कारण। वह2 अणु में लगभग 5200 picometre  (= 52 ångström) के परमाणुओं के बीच एक बड़ी पृथक्करण दूरी होती है। यह रो-विब्रोनिक उत्तेजना के बिना डायटोमिक अणु के लिए सबसे बड़ा है। बाध्यकारी ऊर्जा केवल 1.3 एमके, 10 है−7ईवी या 1.1 × 10 −5 किलोकैलोरी/मोल,. बंधन हाइड्रोजन अणु में सहसंयोजक बंधन से 5000 गुना कमजोर है।

डिमर में दोनों हीलियम परमाणुओं को 63.86 eV ऊर्जा वाले एकल फोटॉन द्वारा आयनित किया जा सकता है। इस दोहरे आयनीकरण के लिए प्रस्तावित तंत्र यह है कि फोटॉन एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालता है, और फिर वह इलेक्ट्रॉन दूसरे हीलियम परमाणु से टकराता है और उसे भी आयनित करता है। डिमर तब फट जाता है जब दो हीलियम के आयन एक दूसरे को समान गति से लेकिन विपरीत दिशाओं में पीछे हटाते हैं।

1928 में जॉन क्लार्क स्लेटर द्वारा पहली बार वैन डेर वाल्स बलों से बंधे एक डायहेलियम अणु का प्रस्ताव दिया गया था।

गठन
हीलियम डिमर छोटी मात्रा में बन सकता है जब हीलियम गैस फैलती है और ठंडी होती है क्योंकि यह गैस बीम में नोजल से गुजरती है। केवल आइसोटोप 4वह इस तरह अणु बना सकता है; 4वह3वह और 3वह3वह अस्तित्व में नहीं है, क्योंकि उनके पास स्थिर बाध्य अवस्था नहीं है। गैस बीम में बनने वाले डिमर (रसायन) की मात्रा एक प्रतिशत के क्रम की होती है।

आणविक आयन
वह2+ एक संबंधित आयन है जो आधे सहसंयोजक बंधन से बंधा है। यह एक हीलियम विद्युत निर्वहन में बन सकता है। यह इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित He बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनर्संयोजन करता है2(ए3एस+u) एक्साइमर अणु। ये दोनों अणु अधिक सामान्य आकार की अंतर-परमाणु दूरी के साथ बहुत छोटे हैं। वह2+ नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है|N2, आर्गन, क्सीनन, ऑक्सीजन | ओ2, और कार्बन डाइऑक्साइड | सीओ2कटियन और तटस्थ हीलियम परमाणु बनाने के लिए। हीलियम डिटेक्शन डिमर He22+ अत्यधिक प्रतिकारक है और जब यह अलग हो जाता है तो लगभग 835 kJ/mol बहुत अधिक ऊर्जा छोड़ेगा। लिनस पॉलिंग द्वारा आयन की गतिशील स्थिरता की भविष्यवाणी की गई थी। 33.2 किलोकैलोरी/मोल की सक्रियण ऊर्जा तत्काल क्षय को रोकती है। यह आयन हाइड्रोजन अणु के साथ समइलेक्ट्रॉनिक है। वह22+ दोहरे धनात्मक आवेश वाला सबसे छोटा संभव अणु है। मास स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके इसका पता लगाया जा सकता है। नकारात्मक हीलियम डिमर He2− मेटास्टेबल है और 1984 में Bae, Coggiola और पीटरसन द्वारा He को पास करके खोजा गया था2+ सीज़ियम वाष्प के माध्यम से। इसके बाद, एचएच मिशेल्स ने सैद्धांतिक रूप से इसके अस्तित्व की पुष्टि की और निष्कर्ष निकाला कि 4पीg उसकी अवस्था2− a के सापेक्ष बाध्य है2एस+u उसकी अवस्था2. He के लिए 0.077 eV की तुलना में परिकलित इलेक्ट्रॉन एफ़िनिटी 0.233 eV है-[4पी∘] आयन। वह2− τ~350 μsec के साथ लंबे समय तक रहने वाले 5/2g घटक के माध्यम से और τ~10 μsec के साथ बहुत कम समय तक चलने वाले 3/2g, 1/2g घटकों के माध्यम से क्षय होता है। ऊपर>4Πg राज्य में 1σ है 2g1 पीu2pg2 पीu इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, इसकी इलेक्ट्रॉन बंधुता E 0.18±0.03 eV है, और इसका जीवनकाल 135±15 μsec है; इस लंबे समय तक रहने वाले राज्य के लिए केवल v = 0 कंपन राज्य जिम्मेदार है। तरल हीलियम में आण्विक हीलियम आयन भी पाया जाता है जो इलेक्ट्रॉनों द्वारा 22 eV से अधिक ऊर्जा स्तर के साथ उत्तेजित किया गया है। यह सबसे पहले 1.2 eV लेकर तरल He के प्रवेश द्वारा होता है, इसके बाद एक He परमाणु इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करके 3P स्तर, जो 19.8 eV लेता है। फिर इलेक्ट्रॉन एक अन्य हीलियम परमाणु और उत्साहित हीलियम परमाणु के साथ मिलकर He बना सकता है2-. वह2 − हीलियम परमाणुओं को पीछे हटाता है, और इसलिए इसके चारों ओर एक खालीपन है। यह तरल हीलियम की सतह पर पलायन करेगा।

एक्साइमर्स
एक सामान्य हीलियम परमाणु में, 1s कक्षक में दो इलेक्ट्रॉन पाए जाते हैं। हालाँकि, यदि पर्याप्त ऊर्जा जोड़ी जाती है, तो एक इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा स्तर तक बढ़ाया जा सकता है। यह उच्च ऊर्जा वाला इलेक्ट्रॉन वैलेंस इलेक्ट्रॉन बन सकता है, और जो इलेक्ट्रॉन 1s कक्षीय में रहता है वह कोर इलेक्ट्रॉन है। दो उत्साहित हीलियम परमाणु एक सहसंयोजक बंधन के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जो डाइहेलियम नामक अणु बनाते हैं जो एक माइक्रोसेकंड के आदेश के दूसरे या इतने ही समय तक रहता है। 2 में उत्तेजित हीलियम परमाणु3एस अवस्था एक घंटे तक रह सकती है, और क्षार धातु परमाणुओं की तरह प्रतिक्रिया कर सकती है। 1900 में पहला सुराग देखा गया कि डाइहेलियम मौजूद है जब डब्ल्यू। ह्यूज ने हीलियम डिस्चार्ज में एक बैंड स्पेक्ट्रम देखा। हालाँकि, स्पेक्ट्रम की प्रकृति के बारे में कोई जानकारी प्रकाशित नहीं की गई थी। स्वतंत्र रूप से जर्मनी से ई. गोल्डस्टीन और लंदन से डब्ल्यू.ई. कर्टिस ने 1913 में स्पेक्ट्रम का विवरण प्रकाशित किया। कर्टिस को प्रथम विश्व युद्ध में सैन्य सेवा के लिए बुलाया गया था, और स्पेक्ट्रम का अध्ययन अल्फ्रेड फाउलर द्वारा जारी रखा गया था। फाउलर ने माना कि डबल सिर वाले बैंड प्रिंसिपल सीरीज़ (स्पेक्ट्रोस्कोपी) के अनुरूप दो अनुक्रमों में गिर गए और लाइन स्पेक्ट्रा में फैल गए। उत्सर्जन बैंड स्पेक्ट्रम कई बैंड दिखाता है जो लाल रंग की ओर घटते हैं, जिसका अर्थ है कि रेखाएं पतली हो जाती हैं और स्पेक्ट्रम लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर कमजोर हो जाता है। 5732 Å पर हरे रंग के बैंड सिर वाला केवल एक बैंड बैंगनी रंग की ओर गिरता है। अन्य मजबूत बैंड हेड 6400 (लाल), 4649, 4626, 4546, 4157.8, 3777, 3677, 3665, 3356.5, और 3348.5 Å पर हैं। स्पेक्ट्रम में कुछ हेडलेस बैंड और अतिरिक्त लाइनें भी हैं। 5133 और 5108 पर हेड के साथ कमजोर बैंड पाए जाते हैं।

यदि संयोजी इलेक्ट्रॉन 2s 3s, या 3d कक्षीय में है, a 1एसu राज्य के परिणाम; अगर यह 2p 3p या 4p में है, a 1एसg राज्य के परिणाम। जमीनी अवस्था X है1एसg+. He की तीन निम्नतम त्रिक अवस्थाएँ2 पदनाम हैं ए3एसu, बी3पीg और सी 3एसg. द ए3एसu बिना कंपन वाले राज्य (v = 0) में 18 s का लंबा मेटास्टेबल जीवनकाल होता है, जो अन्य राज्यों या अक्रिय गैस उत्खननकर्ताओं के जीवनकाल की तुलना में बहुत अधिक होता है। स्पष्टीकरण यह है कि ए3एसu राज्य में कोई इलेक्ट्रॉन कक्षीय कोणीय संवेग नहीं है, क्योंकि सभी इलेक्ट्रॉन हीलियम अवस्था के लिए S कक्षकों में हैं।

He की निचली स्थित एकक अवस्थाएँ2 क्षेत्र1एसu, बी1पीg और सी 1एसg. एक्साइमर अणु वैन डेर वाल्स बंधुआ हीलियम डिमर की तुलना में बहुत छोटे और अधिक कसकर बंधे होते हैं। ए के लिए1एसu 103.9 pm के परमाणुओं के पृथक्करण के साथ, बाध्यकारी ऊर्जा लगभग 2.5 eV है। सी1एसg स्थिति में बाध्यकारी ऊर्जा 0.643 eV है और परमाणुओं के बीच अलगाव 109.1 pm है। इन दोनों अवस्थाओं में अधिकतम लगभग 300 pm के साथ दूरियों की एक प्रतिकारक सीमा होती है, जहाँ अगर उत्तेजित परमाणु पास आते हैं, तो उन्हें एक ऊर्जा अवरोध को पार करना पड़ता है। एकल अवस्था ए1एस+u केवल नैनोसेकंड लंबे जीवनकाल के साथ बहुत अस्थिर है। हे का स्पेक्ट्रम2 अलग-अलग इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के साथ संयुक्त विभिन्न रोटेशन दरों और कंपन राज्यों के बीच संक्रमण के कारण बड़ी संख्या में लाइनों के कारण एक्सीमर में बैंड होते हैं। लाइनों को पी, क्यू और आर शाखाओं में बांटा जा सकता है। लेकिन सम संख्या वाले घूर्णी स्तरों में क्यू शाखा रेखाएँ नहीं होती हैं, दोनों नाभिक स्पिन 0 होने के कारण। अणु के कई इलेक्ट्रॉनिक राज्यों का अध्ययन किया गया है, जिसमें 25 तक खोल की संख्या वाले रिडबर्ग राज्य शामिल हैं। हीलियम डिस्चार्ज लैंप हीलियम अणुओं से वैक्यूम पराबैंगनी विकिरण उत्पन्न करते हैं। जब उच्च ऊर्जा प्रोटॉन हीलियम गैस से टकराते हैं तो यह He के उत्तेजित अत्यधिक कंपन वाले अणुओं के क्षय द्वारा लगभग 600 Å पर यूवी उत्सर्जन भी पैदा करता है।2 एक में1एसu जमीनी स्थिति के लिए राज्य। उत्साहित हीलियम अणुओं से यूवी विकिरण का उपयोग स्पंदित निर्वहन आयनीकरण डिटेक्टर (पीडीएचआईडी) में किया जाता है जो मिश्रित गैसों की सामग्री को प्रति अरब भागों के नीचे के स्तर पर पता लगाने में सक्षम है। हॉपफ़ील्ड कॉन्टिनम 600 और 1000Å के बीच तरंग दैर्ध्य में पराबैंगनी प्रकाश का एक बैंड है जो हीलियम अणुओं के फोटोडिसोसिएशन द्वारा बनता है। हीलियम अणुओं के निर्माण के लिए एक तंत्र सबसे पहले एक हीलियम परमाणु 2 इलेक्ट्रॉनों में एक इलेक्ट्रॉन के साथ उत्तेजित हो जाता है।1एस कक्षीय। यह उत्तेजित परमाणु तीन शरीर संघों में दो अन्य गैर-उत्तेजित हीलियम परमाणुओं से मिलता है और ए बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है1एसu अधिकतम कंपन और एक हीलियम परमाणु के साथ राज्य अणु।

पंचक अवस्था में हीलियम के अणु 5एस+g हे (2) में दो स्पिन ध्रुवीकृत हीलियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया से बन सकता है3एस1) बताता है। इस अणु का उच्च ऊर्जा स्तर 20 eV है। अनुमत उच्चतम कंपन स्तर v=14 है। तरल हीलियम में एक्साइमर एक विलायक बुलबुला बनाता है। में एक 3d एक हे बताता है$
 * 2$ अणु वायुमंडलीय दबाव पर त्रिज्या में 12.7 Å बुलबुले से घिरा हुआ है। जब दबाव 24 वायुमंडल तक बढ़ा दिया जाता है तो बुलबुले की त्रिज्या 10.8 Å तक सिकुड़ जाती है। यह बदलते बुलबुले का आकार प्रतिदीप्ति बैंड में बदलाव का कारण बनता है।

चुंबकीय संघनन
बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में, (लगभग 750,000 टेस्ला) और पर्याप्त कम तापमान में, हीलियम परमाणु आकर्षित होते हैं, और रैखिक श्रृंखला भी बना सकते हैं। यह सफेद बौनों और न्यूट्रॉन सितारों में हो सकता है। चुंबकीय क्षेत्र बढ़ने पर बंधन की लंबाई और पृथक्करण ऊर्जा दोनों में वृद्धि होती है।

प्रयोग करें
हीलियम डिस्चार्ज लैंप में डाइहेलियम एक्साइमर एक महत्वपूर्ण घटक है।

डायहेलियम आयन का दूसरा उपयोग कम तापमान वाले प्लाज्मा का उपयोग करते हुए परिवेशी आयनीकरण तकनीकों में होता है। इसमें हीलियम परमाणु उत्तेजित होते हैं, और फिर डाइहेलियम आयन उत्पन्न करने के लिए गठबंधन करते हैं। वह2+ N के साथ प्रतिक्रिया करना जारी रखता है2 एन बनाने के लिए हवा में2+. मास स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किए जाने वाले सकारात्मक आयन बनाने के लिए ये आयन एक नमूना सतह के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। हीलियम डिमर युक्त प्लाज़्मा का तापमान 30 डिग्री सेल्सियस जितना कम हो सकता है, और इससे नमूनों को गर्मी से होने वाली क्षति कम हो जाती है।

क्लस्टर
वह2 अन्य परमाणुओं के साथ वैन डेर वाल्स यौगिक बनाने के लिए दिखाया गया है जैसे बड़े क्लस्टर बनाते हैं 24एमजीहे2 और {{sup|40कहे2. हीलियम ट्रिमर | हीलियम-4 ट्रिमर ({{sup|4}}वह{{sub|3}}), तीन हीलियम परमाणुओं के एक समूह के बारे में भविष्यवाणी की गई है कि वह उत्तेजित अवस्था में होगा जो कि एफिमोव अवस्था है। यह 2015 में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई है।

पिंजरा
C70 फुलरीन|C सहित बड़े फुलरीन के अंदर दो हीलियम परमाणु फिट हो सकते हैं70और C84 फुलरीन | सी84. इन्हें हीलियम-3 परमाणु चुंबकीय अनुनाद | के परमाणु चुंबकीय अनुनाद द्वारा पता लगाया जा सकता है 3उसके पास एक छोटी शिफ्ट है, और मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा। सी84 संलग्न हीलियम के साथ 20% He हो सकता है2@सी84, जबकि सी78 10% है और सी76 8% है। बड़ी गुहाओं में अधिक परमाणु धारण करने की संभावना अधिक होती है। यहां तक ​​कि जब दो हीलियम परमाणुओं को एक छोटे से पिंजरे में एक-दूसरे के निकट रखा जाता है, तब भी उनके बीच कोई रासायनिक बंधन नहीं होता है। C में दो He परमाणुओं की उपस्थिति60 फुलरीन केज का केवल फुलरीन की प्रतिक्रियाशीलता पर एक छोटा सा प्रभाव होने की भविष्यवाणी की गई है। प्रभाव यह है कि एंडोहेड्रल हीलियम परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को वापस ले लिया जाता है, जिससे उन्हें हे का उत्पादन करने के लिए थोड़ा सकारात्मक आंशिक आवेश मिलता है।2δ+, जिनमें अपरिवर्तित हीलियम परमाणुओं की तुलना में अधिक मजबूत बंधन होता है। हालाँकि, लॉडिन परिभाषा के अनुसार एक बंधन मौजूद है।

सी के अंदर दो हीलियम परमाणु60 पिंजरे को 1.979 Å से अलग किया जाता है और हीलियम परमाणु से कार्बन पिंजरे की दूरी 2.507 Å होती है। चार्ज ट्रांसफर प्रत्येक हीलियम परमाणु को 0.011 इलेक्ट्रॉन चार्ज यूनिट देता है। He-He जोड़ी के लिए कम से कम 10 कंपन स्तर होने चाहिए।

बाहरी संबंध

 * spectrum of He2
 * spectrum of He2
 * spectrum of He2