الأرجونيوم

الأرجونيوم (يُسمى أيضًا كاتيون هيدريد الأرجون ، أو أيون هيدريدوأرجون (1+) ، أو الأرجون المُبرتَن ؛ صيغته الكيميائية ArH ⁺ ) هو كاتيون يتكون من بروتون وذرة أرجون . يمكن إنتاجه عن طريق التفريغ الكهربائي ، وكان أول أيون جزيئي لغاز نبيل يُكتشف في الفضاء بين النجوم. ^{[ 3 ]}

الأرجونيوم متساوي الإلكترونات مع كلوريد الهيدروجين . عزمه ثنائي القطب في الحالة الأرضية 2.18 ديباي . ^{[ 4 ]} طاقة الربط 369 كيلوجول/ مول ^{[ 5 ]} (3.9 إلكترون فولت ^{[ 6 ]} ). هذه القيمة أقل من طاقة ربط أيون الهيدروجين الثلاثي (H ⁺ ₃₎ والعديد من الأنواع البروتونية الأخرى ، ولكنها أكبر من طاقة ربط أيون الهيدروجين الثنائي ⁽ H ⁺ ₂ ). ^{[ 5 ]}    

تختلف فترات العمر الإشعاعي بدون دوران لحالات الاهتزاز المختلفة باختلاف النظائر وتصبح أقصر بالنسبة للاهتزازات عالية الطاقة الأسرع:

فترات العمر (مللي ثانية) ^{[ 7 ]}

v	ArH +	ArD +
1	2.28	9.09
2	1.20	4.71
3	0.85	3.27
4	0.64	2.55
5	0.46	2.11

تم حساب ثابت القوة في الرابطة عند 3.88  ميكرونيوتن/نانومتر ^{2. [ 8 ]}

ألفة البروتون للأرجون هي369 كيلوجول/مول  ، أقل من طاقة ثنائي الهيدروجين . ^{[ 5 ]} وهذا يجعل ArH ⁺ حمضًا فائقًا قادرًا على بروتنة H2 وأنواع مختلفة من الجذور الحرة المتعادلة ، _وهي عملية طاردة للحرارة .

• ArH ⁺ + H ₂ → Ar + H ⁺ ₃ ^{[ 5 ]}
• ArH ⁺ + C → Ar + CH ⁺
• ArH ⁺ + N → Ar + NH ⁺
• ArH ⁺ + O → Ar + OH ⁺
• ArH ⁺ + CO → Ar + COH ^{+ [ 5 ]}

لكن رد الفعل العكسي يحدث:

• Ar + H ⁺ ₂ → ArH ⁺ + H. ^{[ 5 ]}
• Ar + H ⁺ ₃ → *ArH ⁺ + H ₂ ^{[ 5 ]}

يبلغ المقطع العرضي لتفاعل Ar⁺ ⁺ H₂ حوالي ^10⁻¹⁸ م² عند الطاقات ^{المنخفضة} . ويشهد انخفاضًا حادًا عند الطاقات التي تتجاوز 100 إلكترون فولت ^{[ 9 ].} تبلغ مساحة المقطع العرضي لتفاعل Ar + H₂ _{حوالي 10⁻¹⁸} ^م² _.  6 × 10 ⁻¹⁹  م ² لـ H ⁺ ₂ منخفض الطاقة ، ولكن عندما تتجاوز الطاقة 10 إلكترون فولت، ينخفض ​​الناتج، ويتم إنتاج  المزيد من Ar ⁺ و H _{2 بدلاً من ذلك.} ^{[ 9 ]}

يُنتج تفاعل Ar + H ⁺ ₃ أعلى إنتاجية من ArH ⁺ عند طاقات تتراوح بين 0.75 و 1  إلكترون فولت، بمقطع عرضي قدره5 × 10 ⁻²⁰  م ^2. يلزم 0.6  إلكترون فولت لجعل التفاعل يسير للأمام. عند تجاوز 4 إلكترون فولت، يبدأ ظهور  المزيد من أيونات الأرجون (Ar ^{+) والهيدروجين (H). [ 9 ]}

يتم إنتاج الأرجونيوم أيضًا من أيونات Ar ⁺ الناتجة عن الأشعة الكونية والأشعة السينية من الأرجون المتعادل.

• Ar ⁺ + H ₂ → *ArH ⁺ + H ^{[ 5 ]} 1.49  فولت ^{[ 6 ]}

عندما يصادف ArH ⁺ إلكترونًا، يمكن أن يحدث إعادة تركيب تفكيكي، ولكنه بطيء للغاية بالنسبة للإلكترونات ذات الطاقة المنخفضة، مما يسمح لـ ArH ⁺ بالبقاء لفترة أطول بكثير من العديد من الكاتيونات البروتونية المماثلة الأخرى.

• ArH ⁺ + e ⁻ → Ar + H ^{[ 5 ]}

لأن جهد تأين ذرات الأرجون أقل من جهد تأين جزيء الهيدروجين (على عكس جهد تأين الهيليوم أو النيون)، فإن أيون الأرجون يتفاعل مع الهيدروجين الجزيئي، أما بالنسبة لأيونات الهيليوم والنيون، فإنها ستنزع إلكترونًا من جزيء الهيدروجين. ^{[ 5 ]}

• Ar ⁺ + H ₂ → ArH ⁺ + H ^{[ 5 ]}
• Ne ⁺ + H ₂ → Ne + H ⁺ + H (نقل الشحنة التفكيكي) ^{[ 5 ]}
• He ⁺ + H ₂ → He + H ⁺ + H ^{[ 5 ]}

^{يحتوي جزيء ArH +} الاصطناعي ، المُصنّع من الأرجون الأرضي، في معظمه على نظير الأرجون ^-40 بدلاً من نظير الأرجون ^-36 المنتشر بكثرة في الكون . ويتم تصنيعه اصطناعياً عن طريق تفريغ كهربائي عبر خليط من الأرجون والهيدروجين. ^{[ 10 ]} وكان برولت وديفيس أول من اكتشف هذا الجزيء باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء لرصد نطاقات الاهتزاز والدوران. ^{[ 10 ]}

يحتوي طيف الأشعة فوق البنفسجية على نقطتي امتصاص تؤديان إلى تفكك الأيون. يتميز  التحول عند طاقة 11.2 إلكترون فولت إلى الحالة B ¹ Π بانخفاض ثنائي القطب، لذا لا يمتص الكثير. أما التحول عند طاقة 15.8 إلكترون فولت إلى الحالة A ¹ Σ ⁺  التنافرية فيكون عند طول موجي أقصر من حد لايمان ، ولذلك يوجد عدد قليل جدًا من الفوتونات اللازمة لحدوث هذا التحول في الفضاء. ^{[ 5 ]}

_{يوجد أيون} ArH ⁺ في غاز الهيدروجين الذري المنتشر بين النجوم . ولكي يتشكل الأرجونيوم، يجب أن تتراوح نسبة الهيدروجين الجزيئي H2 بين 0.0001 و0.001. تتشكل أيونات جزيئية مختلفة تبعًا لتركيزات مختلفة من H2 _. يُكشف عن الأرجونيوم من خلال خطوط امتصاصه عند 617.525 جيجاهرتز ( J = 1→0) و1234.602 جيجاهرتز ( J = 2→1 ) . تعود هذه الخطوط إلى النظير ^36Ar - ^{1H +} الذي يخضع لانتقالات دورانية. تم رصد الخطوط الطيفية في اتجاه مركز المجرة SgrB2 (M) وSgrB2 (N)، G34.26+0.15، W31C (G10.62−0.39)، W49 (N) ، و W51e . مع ذلك، عند رصد خطوط الامتصاص، يُرجح أن الأرجونيوم ليس في مصدر الموجات الميكروية، بل في الغاز الذي أمامه. ^{[ 5 ]} كما تم رصد خطوط انبعاث في سديم السرطان . ^{[ 6 ]}  

في سديم السرطان، يتواجد أيون ArH ⁺ في عدة مواقع، كما يتضح من خطوط الانبعاث. ويُعدّ الخيط الجنوبي الموقع الأقوى له، وهو أيضاً الموقع الذي يضم أعلى تركيز لأيونات Ar ⁺ وAr2 ⁺ . ^{[ 6 ]} تتراوح كثافة عمود ArH ⁺ في سديم السرطان بين ^10¹² و10¹³ ذرة لكل سنتيمتر مربع. ^{[ 6 ]} من المحتمل أن الطاقة اللازمة لإثارة الأيونات حتى تتمكن من الانبعاث تأتي من تصادمها مع الإلكترونات أو جزيئات الهيدروجين. ^{[ 6 ] باتجاه مركز مجرة ​​درب التبانة ،} تبلغ كثافة عمود ArH ⁺ حوالي2 × 10 ¹³  سم ⁻² . ^{[ 5 ]}

من المعروف أن نظيرين من الأرجونيوم ³⁶ ArH ⁺ و ³⁸ ArH ^{+ موجودان في مجرة ​​بعيدة غير مسماة ذات انزياح أحمر} z = 0.88582 (على بعد 7.5  مليار سنة ضوئية) والتي تقع على خط الرؤية إلى البلازار PKS 1830−211 . ^{[ 4 ]}

يؤدي تعادل الإلكترونات وتدمير الأرجونيوم إلى تجاوز معدل التكوين في الفضاء إذا كان تركيز H2 _أقل من 1 في 10 ⁻⁴ . ^{[ 11 ]}

باستخدام مطياف تحويل فورييه الشمسي من نوع ماكماث في مرصد كيت بيك الوطني ، رصد جيمس دبليو. برولت وسمنر بي. ديفيس خطوط الأشعة تحت الحمراء الناتجة عن اهتزاز دوران أيون الأرجون الهيدروجيني (ArH ⁺⁾ لأول مرة. ^{[ 12 ]} كما رصد جيه دبليو سي جونز طيف الأشعة تحت الحمراء. ^{[ 13 ]}

يُسهّل الأرجون تفاعل التريتيوم (T₂ ₎ مع الروابط المزدوجة في الأحماض الدهنية عن طريق تكوين وسيط ArT⁺ ⁽ تريتيوم أرجونيوم). ^{[ 14 ]} عند رش الذهب ببلازما الأرجون والهيدروجين، تتم عملية الإزاحة الفعلية للذهب بواسطة ^ArH⁺ . ^{[ 15 ]}