हीलियम मंदक

हेलियम डाइमर एक वैन देर वाल्स यौगिक है जिसका सूत्र He2 होता है। यह दो हेलियम अणुओं से मिलकर बना होता है। यह रासायनिक तत्व सबसे बड़ा द्विपरमाणु मोलेक्यूल है, जो दो अणुओं के संयुक्त होने के कारण बनता है इस डाइमर को एकत्रित रखने वाला बांध इतना कमजोर होता है कि यदि मोलेक्यूल घुमती है या बहुत अधिक हिलती है, तो यह टूट जाएगा। यह केवल बहुत कम शीतयांत्रिक तापमान पर उपस्थित हो सकता है।

दो उत्तेजित हेलियम अणुओं को एक दूसरे के साथ भी बांधा जा सकता है, जिसे एक्साइमर के रूप में जाना जाता है।यह विज्ञानिक खोज 1912 में पहली बार देखे गए तारणों के साथ हेलियम के स्पेक्ट्रम से किया गया। He2 के रूप में लिखा जाने वाला इसका अर्थ है कि एक उत्तेजित अवस्था को दर्शाने वाला होता है, यह पहला ज्ञात रायडबर्ग मोलेक्यूल है। कई द्विहेलियम आयन भी उपस्थित हैं, जिनका वैध्रुत्व एकाधिक एक, धनाधिक एक और धनाधिक दो होता है। दो हेलियम अणुओं को फुलरीन की खिड़की में बांधे बिना एक साथ संकीर्ण किया जा सकता है।

अणु
आणविक कक्षीय सिद्धांत के आधार पर, He2 उपस्थित नहीं होना चाहिए, और परमाणुओं के मध्य एक रासायनिक बंधन नहीं बन सकता। यद्यपि, वैन डेर वाल्स बल हीलियम परमाणुओं के मध्य उपस्थित है, जैसा कि तरल हीलियम के अस्तित्व से दिखाया गया है, और परमाणुओं के मध्य की दूरी की एक निश्चित सीमा पर आकर्षण प्रतिकर्षण से अधिक होता है। तो वैन डेर वाल्स बल से बंधे दो हीलियम परमाणुओं से बना एक अणु उपस्थित हो सकता है। इस अणु के अस्तित्व को 1930 के प्रारंभ में प्रस्तावित किया गया था।

He2 अपनी मूल अवस्था में एकत्रित दो अणुओं का सबसे बड़ा ज्ञात रासायनिक यौगिक है, जिसकी अत्यंत लंबी बांध लंबाई के कारण होती है। He2 मोलेक्यूल के बीच अणुओं के बीच एक बड़ी अंतरदूरी दूरी होती है, जो लगभग 5200 पिकोमीटर (= 52 आंगस्ट्रॉम) होती है। यह रो-वाइब्रानिक उत्तेजना के बिना द्विपरमाणु मोलेक्यूल के लिए सबसे बड़ी अंतरदूरी है।बांधनी ऊर्जा केवल लगभग 1.3 मिलीकेल्विन (mK), 10−7 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) या 1.1×10−5 कैलोरी/मोल के बराबर होती है। यह बांध कोहजी मोलेक्यूल में हाइड्रोजन मोलेक्यूल के सापेक्ष में 5000 गुना कमजोर होता है।

डाइमर में हेलियम के दोनों अणुओं को एकल फोटन द्वारा आयनित किया जा सकता है, जिसकी ऊर्जा 63.86 इलेक्ट्रॉन वोल्ट होती है। इस द्विगुण आयनन के लिए प्रस्तावित तंत्र है कि फोटन एक अणु से एक इलेक्ट्रॉन निकालता है, और फिर वह इलेक्ट्रॉन दूसरे हेलियम अणु को मारता है और उसे भी आयनित करता है। फिर डाइमर दो हेलियम कैटाइयन आयनों के रूप में विस्फोटित होता है, क्योंकि ये दोनों आयन एक ही गति के साथ परस्पर आपस मे विपरीत दिशा में टकराते हैं,।

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

गठन
हेलियम डाइमर उस समय छोटी मात्रा में बनता है जब हेलियम गैस एक नोजल के माध्यम से फैलता है और ठंडा होता है। केवल आइसोटोप 4He ही इस प्रकार के मोलेक्यूल का गठन कर सकता है; 4He3He और 3He3He उपस्थित नहीं होते हैं, क्योंकि उनके पास एक स्थिर बाउंड स्थिति नहीं होती है। गैस धारण के माध्यम से बनने वाले डाइमर की मात्रा लगभग एक प्रतिशत की होती है।

आणविक आयन
He2+ एक संबंधित आयन है जिसे आधा सहसंयोजक बांध द्वारा बांधा जाता है। इसे हेलियम विद्युतीय विस्फोट में बनाया जा सकता है। यह इलेक्ट्रॉन के साथ पुनर्मिलन करके इलेक्ट्रॉनिक रूप में उत्तेजित हेलियम डाइमर मोलेक्यूल (He2(a3Σ+u) उत्सर्जक) बनाता है। इन दोनों मोलेक्यूलों के बहुत कम आयामी दूरियों के साथ अधिक सामान्य आकार होता है। He2+ N2, Ar, Xe, O2 और CO2 के साथ प्रतिक्रिया करके कैशियों और नीत्रल हेलियम अणुओं का गठन करता है हेलियम समर्पण डाइमर He22+ अत्यंत विसंगतिपूर्ण होता है और जब इसका विविच्छेदन होता है, तो बहुत ऊर्जा मुक्त होती है, लगभग 835 किलोजूल प्रति मोल के आसपास। इस आयन की गतिशील स्थिरता को लाइनस पॉलिंग ने पूर्वानुमानित किया था। 33.2 कैलोकैल प्रति मोल का एनर्जी बैरियर तत्काल अपघटन को रोकता है। यह आयन हाइड्रोजन मोलेक्यूल के समान-इलेक्ट्रॉनिक है। He22+ एक द्विगुण पॉजिटिव आवेश वाला सबसे छोटा संभव मोलेक्यूल है। इसे मास स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके पता लगाया जा सकता है। हेलियम नकारात्मक डाइमर He2− अस्थायी होता है और यह 1984 में बे, कोग्गिओला और पीटरसन द्वारा हीलियम डाईकैशन He2+ को सीजियम वाष्प से गुजारकर खोजा गया था। इसके बाद, एच. एच. मिशेल्स ने सिद्ध किया कि इसका अस्तित्व होता है और यह निष्क्रिय रूप से आस्थित है। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि He2− का 4Πg अवस्था He2 के a2Σ+u अवस्था के मुकाबले बांधा हुआ है। He−[4P∘] आयन के लिए गणनात्मक इलेक्ट्रॉन सम्बंधितता 0.077 eV है। वहीं, गणनात्मक इलेक्ट्रॉन सम्बंधितता की गणना इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा बदलाव के आधार पर की जाती है जब एक इलेक्ट्रॉन आयन के साथ जुड़ता है। He−[4P∘] आयन की गणनात्मक इलेक्ट्रॉन सम्बंधितता 0.233 eV है। He2− लंबे समय तक विकिरण के माध्यम से 5/2g तत्व के माध्यम से 10 μsec में विकिरण होता है।4Πg अवस्था में 1σ2g1σu2σg2πu विद्युतकीय विन्यास होती है, इसकी गणनात्मक इलेक्ट्रॉन सम्बंधितता E 0.18±0.03 eV है, और इसका जीवनकाल 135±15 μsec है; केवल v=0 ध्वनित स्थिति इस लंबे जीवित स्थिति के लिए उत्तरदायी है। । तरंगीय हीलियम एनियन भी तरल हीलियम में पाया जाता है जिसे 22 ईवी से अधिक ऊर्जा स्तर वाले इलेक्ट्रॉन्स द्वारा उत्तेजित किया गया है। यह पहले तरल He में प्रवेश द्वारा होता है, जिसमें 1.2 ईवी लिया जाता है, उसके बाद एक He एटम इलेक्ट्रॉन को 3P स्तर तक उत्तेजित किया जाता है, जो 19.8 ईवी लेता है। फिर इलेक्ट्रॉन एक और हीलियम एटम के साथ मिलकर उत्तेजित हीलियम एटम के साथ मिल सकता है और He2− बनाने के लिए He2− हीलियम एटमों को द्वारा खींचता है, इसलिए इसके चारों ओर एक खाली स्थान होता है। यह तरल हीलियम की सतह की ओर प्रवास करने की प्रवृत्ति रखता है।

एक्साइमर्स
एक साधारण हीलियम परमाणु में, दो इलेक्ट्रॉन 1s कक्ष में पाए जाते हैं।.यद्यपि, यदि पर्याप्त ऊर्जा जोड़ी जाए, तो एक इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा स्तर पर उठाया जा सकता है। यह उच्च ऊर्जा वाला इलेक्ट्रॉन मुख्य इलेक्ट्रॉन बन सकता है, और जो इलेक्ट्रॉन 1s कक्ष में रहता है, वह एक कोर इलेक्ट्रॉन होता है। दो उत्तेजित हीलियम परमाणु एक सहसार्य बांध के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं और एक मोलेक्यूल बना सकते हैं जिसे डीहीलियम कहा जाता है, जो एक माइक्रोसेकंड या इससे थोड़ा समय तक बना रहती है। एक घबराहटी हीलियम परमाणु 23S स्थिति में एक घंटे तक टिक सकते हैं और अल्कली धातु परमाणु की तरह प्रतिक्रिया कर सकते हैं।

डीहीलियम की मौजूदगी के पहले संकेत 1900 में वी. ह्यूस ने हीलियम के उत्सर्जन में एक बैंड स्पेक्ट्रम का अवलोकन करते हुए देखे थे। यद्यपि, स्पेक्ट्रम की प्रकृति के बारे में कोई जानकारी प्रकाशित नहीं की गई थी। जर्मनी के ई. गोल्डस्टीन और लंदन के डब्ल्यू. ई. कर्टिस ने 1913 में स्पेक्ट्रम के विवरण प्रकाशित किए। कर्टिस को प्रथम विश्वयुद्ध में सैन्य सेवा के लिए बुलाया गया था, और स्पेक्ट्रम का अध्ययन अल्फ्रेड फाउलर ने जारी रखा। फाउलर ने मान्यता प्राप्त किया कि दो-सिर वाले बैंड दो श्रृंखलाओं में बंटते हैं, जो रेखीय स्पेक्ट्रम में मुख्य और विस्तारित श्रृंखलाओं के समान हैं। उत्सर्जन बैंड स्पेक्ट्रम में कई बैंड होते हैं जो लाली की ओर गिरते हैं, यानी कि रेखाएं पतली होती हैं और स्पेक्ट्रम लंबी तारंगदैर्यों की ओर कमजोर होता है। केवल एक बैंड ही हरित रंग के एक बैंड हेड (5732 एंग्स्ट्रॉम) की ओर गिरता है। अन्य मजबूत बैंड हेड 6400, 4649, 4626, 4546, 4157.8, 3777, 3677, 3665, 3356.5 और 3348.5 एंग्स्ट्रॉम पर पाए जाते हैं। स्पेक्ट्रम में कुछ बैंड हेड रहित होते हैं और अतिरिक्त रेखाएं भी होती हैं। महीने बैंड हेड 5133 और 5108 एंग्स्ट्रॉम पर पाए जाते हैं।

यदि मानक वालेंस इलेक्ट्रॉन 2s, 3s या 3d कक्ष में होता है, तो एक 1Σu अवस्था प्राप्त होती है; यदि यह 2p, 3p या 4p में होता है, तो एक 1Σg अवस्था प्राप्त होती है। मूल अवस्था X1Σg+ होती है। He2 की तीन सबसे निम्न त्रिपलेट अवस्थाएं निर्देशनों के साथ होती हैं: a3Σu, b3Πg और c3Σg। वाइब्रेशन के बिना (v=0) वाली a3Σu अवस्था का लंबा मेटास्थायी जीवनकाल 18 सेकंड होता है, जो अन्य अवस्थाओं या अचंभित गैस एक्साइमर्स के जीवनकाल से काफी लंबा होता है। यह स्पष्टीकरण है कि a3Σu अवस्था में कोई इलेक्ट्रॉन कक्षीय कणीय कुण्डलीय पथचालना नहीं होती है, क्योंकि हीलियम अवस्था के लिए सभी इलेक्ट्रॉन S कक्षों में होते हैं।

He2 की निम्न सिंगलेट अवस्थाएं A1Σu, B1Πg और C1Σg होती हैं। एक्साइमर मोलेक्यूल वैन देर वाल्स बॉन्डेड हीलियम डाइमर से काफी छोटे और अधिक कस्तूरीय बंधित होते हैं। A1Σu अवस्था के लिए बाइंडिंग ऊर्जा लगभग 2.5 ईवी होती है, जिसके संपर्क में आत्मक अलगाव 103.9 पीएम होता 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 ए 1एस+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 मध्य     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 मध्य     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 मध्य     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 उपस्थित     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