हीलियम हाइड्राइड आयन

हीलियम हाइड्राइड आयन या हाइड्रिडोहेलियम(1+) आयन या हेलोनियम एक आयन#आयन और धनायन ( बिजली का आवेश आयन) है जिसका रासायनिक सूत्र HeH है।+. इसमें हाइड्रोजन परमाणु के साथ हीलियम परमाणु सहसंयोजक बंधन होता है, जिसमें एक इलेक्ट्रॉन हटा दिया जाता है। इसे प्रोटोनेटेड हीलियम के रूप में भी देखा जा सकता है। यह सबसे हल्का हेटेरोन्यूक्लियर अणु आयन है, और माना जाता है कि यह महा विस्फोट के बाद ब्रह्मांड में बना पहला यौगिक है।

आयन पहली बार 1925 में एक प्रयोगशाला में उत्पादित किया गया था। यह अलगाव में स्थिर है, लेकिन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है, और इसे थोक में तैयार नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह किसी भी अन्य अणु के साथ प्रतिक्रिया करेगा जिसके साथ यह संपर्क में आता है। सबसे मजबूत ज्ञात अम्ल  के रूप में जाना जाता है - फ्लोरोएन्टिमोनिक एसिड से भी अधिक मजबूत - अंतरतारकीय माध्यम में इसकी घटना का अनुमान 1970 के दशक से लगाया गया था, और अंततः अप्रैल 2019 में इन्फ्रारेड खगोल विज्ञान के लिए एयरबोर्न स्ट्रैटोस्फेरिक वेधशाला का उपयोग करके इसका पता लगाया गया।

भौतिक गुण
हीलियम हाइड्रोजन आयन आणविक हाइड्रोजन के साथ आइसोइलेक्ट्रॉनिकिटी  है. डाइहाइड्रोजन धनायन के विपरीत, हीलियम हाइड्राइड आयन में एक स्थायी द्विध्रुव#आणविक द्विध्रुव होता है, जो इसके स्पेक्ट्रोस्कोपिक लक्षण वर्णन को आसान बनाता है। HeH का परिकलित द्विध्रुव आघूर्ण+ 2.26 या 2.84 डिबाई है। आयन में इलेक्ट्रॉन घनत्व हाइड्रोजन की तुलना में हीलियम नाभिक के आसपास अधिक होता है। 80% इलेक्ट्रॉन आवेश हाइड्रोजन नाभिक की तुलना में हीलियम नाभिक के अधिक निकट होता है। स्पेक्ट्रोस्कोपिक पहचान में बाधा आती है, क्योंकि इसकी सबसे प्रमुख वर्णक्रमीय रेखाओं में से एक, 149.14 माइक्रोमीटर|μm पर, मिथाइलिडाइन रेडिकल ⫶CH से संबंधित वर्णक्रमीय रेखाओं के दोहरे से मेल खाती है। आयन में सहसंयोजक बंधन की लंबाई 0.772 एंग्स्ट्रॉम|Å है।

आइसोटोपोलॉग्स
हीलियम हाइड्राइड आयन में छह अपेक्षाकृत स्थिर आइसोटोपोलॉग होते हैं, जो दो तत्वों के आइसोटोप में भिन्न होते हैं, और इसलिए कुल परमाणु द्रव्यमान संख्या (ए) और दो नाभिकों में न्यूट्रॉन (एन) की कुल संख्या में भिन्न होते हैं:
 * [^{3}He^{1}H](+) या [^{3}HeH](+) (ए = 4, एन = 1) * [^{3}He^{2}H](+) या [^{3}HeD](+) (ए = 5, एन = 2)  * [^{3}He^{3}H](+) या [^{3}HeT](+) (ए = 6, एन = 3; रेडियोधर्मी)
 * [^{4}He^{1}H](+) या [^{4}HeH](+) (ए = 5, एन = 2)    * [^{4}He^{2}H](+) या [^{4}HeD](+) (ए = 6, एन = 3)  * [^{4}He^{3}H](+) या [^{4}HeT](+) (ए = 7, एन = 4; रेडियोधर्मी)

इन सभी में तीन प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। पहले तीन एचटी = अणुओं में ट्रिटियम के रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होते हैं ^{1}H^{3}H, डीटी = ^{2}H^{3}H, और T2 = ^{3}H2, क्रमश। अंतिम तीन को उपयुक्त आइसोटोपोलॉग को आयनित करके उत्पन्न किया जा सकता है H2 हीलियम-4 की उपस्थिति में।

हीलियम हाइड्राइड आयन, डाइहाइड्रोजन आयन के निम्नलिखित समस्थानिक H2(+), और ट्राइहाइड्रोजन धनायन का H3(+) समान कुल परमाणु द्रव्यमान संख्या A है:
 * [^{3}HeH](+), [D2](+), [TH](+), [DH2](+) (ए = 4)
 * [^{3}HeD](+), [^{4}HeH](+), [DT](+), [TH2](+), [D2H](+) (ए = 5)
 * [^{3}HeT](+), [^{4}HeD](+), [T2](+), [TDH](+), [D3](+) (ए = 6)
 * [^{4}HeT](+), [TD2](+), [T2H](+) (ए = 7)

हालाँकि, उपरोक्त प्रत्येक पंक्ति में द्रव्यमान समान नहीं हैं, क्योंकि नाभिक में बंधन ऊर्जाएँ भिन्न हैं।

तटस्थ अणु
हीलियम हाइड्राइड आयन के विपरीत, तटस्थ हीलियम हाइड्राइड अणु HeH जमीनी अवस्था में स्थिर नहीं है। हालाँकि, यह उत्तेजक  (HeH*) के रूप में उत्तेजित अवस्था में मौजूद होता है, और इसका स्पेक्ट्रम पहली बार 1980 के दशक के मध्य में देखा गया था। तटस्थ अणु गमेलिन डेटाबेस में पहली प्रविष्टि है।

तैयारी
हेह के बाद से+को किसी भी उपयोगी रूप में संग्रहीत नहीं किया जा सकता है, इसके रसायन विज्ञान का अध्ययन इसे यथास्थान#रसायन विज्ञान और रासायनिक इंजीनियरिंग बनाकर किया जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, कार्बनिक पदार्थों के साथ प्रतिक्रियाओं का अध्ययन वांछित कार्बनिक यौगिक का ट्रिटियम व्युत्पन्न बनाकर किया जा सकता है। ट्रिटियम का क्षय 3वह+इसके निष्कर्षण के बाद हाइड्रोजन परमाणु प्राप्त होता है 3हेह+जो फिर कार्बनिक पदार्थ से घिरा होगा और बदले में प्रतिक्रिया करेगा।

अम्लता
हेह+को संघनित चरण में तैयार नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह किसी भी आयन, अणु या परमाणु के संपर्क में आने पर प्रोटोनेशन करेगा। इसे ऑक्सीजन|O को प्रोटोनेट करते हुए दिखाया गया है2, अमोनिया|एनएच3, सल्फर डाइऑक्साइड|SO2, जल|एच2O, और कार्बन डाइऑक्साइड|CO2,डाइऑक्सीडेनिलियम देना|, अमोनियम|, सल्फैनेट्रियमडायोन|, हाइड्रोनियम|एच3O+, और मिथाइलियमडायोन| क्रमश। अन्य अणु जैसे नाइट्रिक ऑक्साइड, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड, नाइट्रस ऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, मीथेन, एसिटिलीन, ईथीलीन, एटैन, मेथनॉल और acetonitrile प्रतिक्रिया करते हैं लेकिन बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होने के कारण टूट जाते हैं।

वास्तव में, हेह+ सबसे मजबूत ज्ञात अम्ल है, जिसकी प्रोटॉन बन्धुता 177.8 kJ/mol है। हेस के नियम का उपयोग करके काल्पनिक जलीय अम्लता का अनुमान लगाया जा सकता है:



(ए) ली के समान होने का अनुमान है+(aq) → ली+(g). (बी) घुलनशीलता डेटा से अनुमानित।
 * HeH+(g)
 * H+(g)
 * + He(g)
 * align=right|+178 kJ/mol
 * HeH+(aq)
 * HeH+(g)
 * align=right|+973 kJ/mol
 * (a)
 * H+(g)
 * H+(aq)
 * align=right|−1530 kJ/mol
 * - style="border-bottom:2px solid black"
 * He(g)
 * He(aq)
 * align=right|+19 kJ/mol
 * (b)
 * HeH+(aq)
 * H+(aq)
 * + He(aq)
 * align=right|−360 kJ/mol
 * }
 * - style="border-bottom:2px solid black"
 * He(g)
 * He(aq)
 * align=right|+19 kJ/mol
 * (b)
 * HeH+(aq)
 * H+(aq)
 * + He(aq)
 * align=right|−360 kJ/mol
 * }
 * H+(aq)
 * + He(aq)
 * align=right|−360 kJ/mol
 * }
 * }
 * }

−360 kJ/mol के पृथक्करण का एक थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन एक एसिड पृथक्करण स्थिरांक के बराबर है|pKa−63 का 298 K पर।

अन्य हीलियम-हाइड्रोजन आयन
अतिरिक्त हीलियम परमाणु HwH से जुड़ सकते हैं+हे जैसे बड़े समूह बनाने के लिए2H+, वह3H+, वह4H+, वह5H+और वह6H+.

डायहीलियम हाइड्राइड धनायन, हे2H+, आणविक हाइड्रोजन के साथ डाइहीलियम धनायन की प्रतिक्रिया से बनता है:
 * + एच2 → वह2H+ + एच

यह केंद्र में हाइड्रोजन के साथ एक रैखिक आयन है। हेक्साहेलियम हाइड्राइड आयन, हे6H+, विशेष रूप से स्थिर है।

अन्य हीलियम हाइड्राइड आयन ज्ञात हैं या सैद्धांतिक रूप से उनका अध्ययन किया गया है। हीलियम डाइहाइड्राइड आयन, या डाइहाइड्रिडोहेलियम(1+),, माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके देखा गया है। इसकी परिकलित बंधन ऊर्जा 25.1 kJ/mol है, जबकि ट्राइहाइड्रिडोहेलियम(1+), , की गणना की गई बाइंडिंग ऊर्जा 0.42 kJ/mol है।

आयनीकरण प्रयोगों में खोज
हाइड्रिडोहेलियम(1+), विशेष रूप से [^{4}He^{1}H](+), पहली बार अप्रत्यक्ष रूप से 1925 में टी. आर. हॉगनेस और ई. जी. लून द्वारा पता लगाया गया था। वे हाइड्रोजन आयनों के गठन का अध्ययन करने के लिए, ज्ञात ऊर्जा के प्रोटॉन को हाइड्रोजन और हीलियम के एक दुर्लभ मिश्रण में इंजेक्ट कर रहे थे।, और. उन्होंने इसका अवलोकन किया समान किरण ऊर्जा (16 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट) पर दिखाई दिया, और दबाव के साथ इसकी सांद्रता अन्य दो आयनों की तुलना में बहुत अधिक बढ़ गई। इन आंकड़ों से, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि  आयन एक प्रोटॉन को उन अणुओं में स्थानांतरित कर रहे थे जिनसे वे टकराते थे, जिसमें हीलियम भी शामिल था।

1933 में, के. बैनब्रिज ने आयनों के द्रव्यमान की तुलना करने के लिए मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग किया [^{4}He^{1}H](+) (हीलियम हाइड्राइड आयन) और [^{2}H2^{1}H](+) (दो बार ड्यूटेरेटेड ट्राइहाइड्रोजन आयन) हीलियम के सापेक्ष ड्यूटेरियम के परमाणु द्रव्यमान का सटीक माप प्राप्त करने के लिए। दोनों आयनों में 3 प्रोटॉन, 2 न्यूट्रॉन और 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं। उन्होंने तुलना भी की [^{4}He^{2}H](+) (हीलियम ड्यूटेराइड आयन) के साथ [^{2}H3](+) (ट्राइड्यूटेरियम आयन), दोनों 3 प्रोटॉन और 3 न्यूट्रॉन के साथ।

प्रारंभिक सैद्धांतिक अध्ययन
HeH की संरचना की गणना करने का पहला प्रयास+आयन (विशेष रूप से, [^{4}He^{1}H](+)) क्वांटम मैकेनिकल सिद्धांत जे. बीच द्वारा 1936 में बनाया गया था। अगले दशकों में बेहतर संगणनाएँ छिटपुट रूप से प्रकाशित हुईं।

रसायन विज्ञान में ट्रिटियम क्षय विधियाँ
एच. श्वार्ट्ज ने 1955 में देखा कि ट्रिटियम अणु का क्षय हो रहा है T2 = ^{3}H2 हीलियम हाइड्राइड आयन उत्पन्न करना चाहिए [^{3}HeT](+) उच्च संभावना के साथ.

1963 में, फुल्वियो कैकेस|एफ. रोम के सैपिएन्ज़ा विश्वविद्यालय में कैकेस ने कार्बनिक रेडिकल (रसायन विज्ञान) और कार्बेनियम आयनों को तैयार करने और अध्ययन करने के लिए क्षय तकनीक की कल्पना की। उस तकनीक के एक प्रकार में, मेथोनियम केशन जैसी विदेशी प्रजातियाँ कार्बनिक यौगिकों के साथ प्रतिक्रिया करके उत्पन्न की जाती हैं [^{3}HeT](+) जो के क्षय से उत्पन्न होता है T2 जिसे वांछित अभिकर्मकों के साथ मिलाया जाता है। रसायन विज्ञान के बारे में हम जो कुछ भी जानते हैं, वह बहुत कुछ है [HeH](+)इस तकनीक से आया.

न्युट्रीनो द्रव्यमान प्रयोगों के लिए निहितार्थ
1980 में, मॉस्को में सैद्धांतिक और प्रायोगिक भौतिकी संस्थान प्रयोगशाला में वी. लुबिमोव (हुबिमोव) ने ट्रिटियम के β क्षय के ऊर्जा स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करके, न्यूट्रिनो के लिए एक हल्के महत्वपूर्ण आराम द्रव्यमान (30 ± 16) ईवी का पता लगाने का दावा किया था।. दावा विवादित था, और कई अन्य समूहों ने आणविक ट्रिटियम के क्षय का अध्ययन करके इसकी जांच की. यह ज्ञात था कि उस क्षय से निकलने वाली कुछ ऊर्जा को क्षय उत्पादों के उत्तेजना में बदल दिया जाएगा [^{3}HeT](+); और यह घटना उस प्रयोग में त्रुटि का एक महत्वपूर्ण स्रोत हो सकती है। इस अवलोकन ने उन मापों की अनिश्चितता को कम करने के लिए उस आयन की अपेक्षित ऊर्जा स्थितियों की सटीक गणना करने के लिए कई प्रयासों को प्रेरित किया। तब से कई लोगों ने गणनाओं में सुधार किया है, और अब गणना और प्रयोगात्मक गुणों के बीच काफी अच्छा समझौता है; आइसोटोपोलॉग्स सहित [^{4}He^{2}H](+), [^{3}He^{1}H](+), और [^{3}He^{2}H](+).

वर्णक्रमीय भविष्यवाणियाँ और पता लगाना
1956 में, एम. केंटवेल ने सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की थी कि उस आयन के कंपन का स्पेक्ट्रम अवरक्त में देखने योग्य होना चाहिए; और ड्यूटेरियम और सामान्य हाइड्रोजन आइसोटोपोलॉग्स का स्पेक्ट्रा ([^{3}HeD](+) और [^{3}He^{1}H](+)) दृश्य प्रकाश के करीब होना चाहिए और इसलिए निरीक्षण करना आसान होगा। के स्पेक्ट्रम का पहला पता लगाना [^{4}He^{1}H](+) 1979 में डी. टॉलिवर और अन्य लोगों द्वारा 1,700 और 1,900 सेमी के बीच तरंग संख्या पर बनाया गया था−1. 1982 में, पी. बर्नथ और टी. अमानो ने प्रति सेमी 2,164 और 3,158 तरंगों के बीच नौ अवरक्त रेखाओं का पता लगाया।

इंटरस्टेलर स्पेस
हेह+के बारे में 1970 के दशक से लंबे समय से अनुमान लगाया जाता रहा है कि वह अंतरतारकीय माध्यम में मौजूद है। नेबुला एनजीसी 7027 में इसका पहला पता अप्रैल 2019 में नेचर जर्नल में प्रकाशित एक लेख में बताया गया था।

ट्रिटियम के क्षय से
हीलियम हाइड्राइड आयन एचटी अणु या ट्रिटियम अणु टी में ट्रिटियम के क्षय के दौरान बनता है।2. यद्यपि बीटा क्षय से पुनरावृत्ति से उत्साहित होकर, अणु एक साथ बंधे रहते हैं।

अंतरतारकीय माध्यम
ऐसा माना जाता है कि यह ब्रह्मांड में बनने वाला पहला यौगिक है, और प्रारंभिक ब्रह्मांड के रसायन विज्ञान को समझने में मौलिक महत्व रखता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस में हाइड्रोजन और हीलियम लगभग एकमात्र प्रकार के परमाणु बने थे। आदिम पदार्थ से बने तारों में HeH होना चाहिए+, जो उनके गठन और उसके बाद के विकास को प्रभावित कर सकता है। विशेष रूप से, इसका मजबूत आणविक द्विध्रुवीय क्षण इसे धात्विकता#सितारे|शून्य-धात्विकता सितारों की अपारदर्शिता के लिए प्रासंगिक बनाता है। हेह+को हीलियम युक्त सफेद बौनों के वायुमंडल का एक महत्वपूर्ण घटक भी माना जाता है, जहां यह गैस की अपारदर्शिता को बढ़ाता है और तारे को अधिक धीरे-धीरे ठंडा करने का कारण बनता है। हेह+घने अंतरतारकीय बादलों में विघटनकारी झटकों के पीछे ठंडी गैस का निर्माण हो सकता है, जैसे कि तारकीय हवाओं, सुपरनोवा और युवा सितारों से बाहर निकलने वाली सामग्री के कारण होने वाले झटके। यदि झटके की गति लगभग से अधिक हो 90 km/s, पता लगाने के लिए पर्याप्त बड़ी मात्रा का गठन किया जा सकता है। यदि पता चला, तो HeH से उत्सर्जन+तब सदमे का उपयोगी पता लगाने वाला होगा। संभावित स्थानों के रूप में कई स्थानों का सुझाव दिया गया था+का पता लगाया जा सकता है. इनमें शांत हीलियम तारा शामिल हैं, एच II क्षेत्र, और सघन ग्रह नीहारिकाएँ, जैसे एनजीसी 7027, जहां, अप्रैल 2019 में, HeH+ का पता लगने की सूचना मिली थी।

यह भी देखें

 * डाइहाइड्रोजन धनायन
 * ट्राइहाइड्रोजन धनायन