ديازينيلوم

الديازينيليوم هو أيون كيميائي يُرمز له بـ N₂H⁺ ، _وهو ^كاتيون غير عضوي كان من أوائل الأيونات التي رُصدت في السحب بين النجوم . ومنذ ذلك الحين، رُصد في أنواع مختلفة من البيئات بين النجوم ، وهي رصدات لها استخدامات علمية متعددة. فهو يُزوّد ​​علماء الفلك بمعلومات حول التأين الجزئي لسحب الغاز، والتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل هذه السحب، وغالبًا ما يُستخدم كمتتبع للجزيئات التي يصعب رصدها (مثل N₂ ). ^{[ 1 ]} يحدث انتقاله الدوراني من 1 إلى 0 عند 93.174 _{جيجاهرتز} ، وهي منطقة من الطيف يكون فيها الغلاف الجوي للأرض شفافًا ^{[ 2 ]} ، وله عمق بصري كبير في كل من السحب الباردة والدافئة ^{[ 3 ]،} مما يجعله سهل الرصد نسبيًا باستخدام المراصد الأرضية. يمكن استخدام نتائج رصد N2H ₊ ^ليس فقط لتحديد التركيب الكيميائي للسحب بين النجوم، ولكن أيضًا لرسم خرائط كثافة وسرعة هذه السحب . ^{[ 4 ]} 

رُصد جزيء N₂H⁺ لأول _مرة عام 1974 على يد بي إي تيرنر. رصد تيرنر ثلاثية غير معروفة سابقًا عند تردد 93.174 جيجاهرتز باستخدام تلسكوب NRAO ذي قطر 11 مترًا ^. [ ^{5 ] مباشرةً} بعد هذا الرصد الأولي، حدد غرين وزملاؤه الثلاثية على أنها الانتقال الدوراني 1-0 لجزيء N₂H⁺ ^. _وقد تم ذلك باستخدام مزيج من حسابات جزيئية من المبادئ الأولى ومقارنة جزيئات مشابهة، مثل N₂ _و CO و HCN و HNC وHCO⁺ ^، وهي جميعها متساوية الإلكترونات مع _N₂H⁺ ^. بناءً على هذه الحسابات، كان من المتوقع أن يحتوي الانتقال الدوراني المرصود على سبعة مكونات فائقة الدقة، ولكن لم يُرصد منها سوى ثلاثة، نظرًا لأن دقة التلسكوب لم تكن كافية لتمييز القمم الناتجة عن الانقسام فائق الدقة لذرة النيتروجين الداخلية. ^{[ 6 ]} بعد عام واحد فقط، رصد ثاديوس وتيرنر نفس الانتقال في سحابة أوريون الجزيئية 2 (OMC-2) باستخدام نفس التلسكوب، ولكن هذه المرة قاموا بالرصد لمدة 26 ساعة، مما أدى إلى دقة كافية لتمييز المكونات فائقة الدقة الأصغر. ^{[ 7 ]}  

على مدى العقود الثلاثة الماضية، رُصد أيون N₂H⁺ ^بشكل متكرر، ويُعدّ نطاق الدوران 1-0 هو النطاق الذي يبحث عنه علماء الفلك بشكل شبه حصري. في عام 1995، رُصدت البنية فائقة الدقة لهذا الأيون السباعي بدقة مطلقة تبلغ حوالي 7 كيلوهرتز _، وهي دقة كافية لتحديد ثوابته الجزيئية بدقة تفوق بعشرة أضعاف الدقة الممكنة في المختبر. ^{[ 8 ]} أُجري هذا الرصد باتجاه L1512 باستخدام تلسكوب NEROC Haystack ذي قطر 37 مترًا . في العام نفسه، رصد سيج وزملاؤه انتقال 1-0 لأيون N₂H⁺ ^في _سبع من أصل تسع مجرات قريبة رصدوها باستخدام تلسكوب NRAO ذي قطر 12 _مترًا في مرصد كيت بيك. ^{[ 9 ]} كان N₂H⁺ من أوائل الأيونات الجزيئية التي رُصدت في مجرات أخرى، وساعد رصده في إظهار أن التركيب الكيميائي في المجرات الأخرى مشابه إلى ^حد كبير لما نراه في مجرتنا.   

_{يُرصد جزيء} N₂H⁺ غالبًا في السحب الجزيئية الكثيفة، حيث أثبت فائدته كواحد من آخر الجزيئات التي تتجمد على حبيبات الغبار مع ازدياد كثافة السحابة باتجاه المركز. في عام ٢٠٠٢، أجرى بيرجين وزملاؤه مسحًا مكانيًا للنوى الكثيفة لمعرفة مدى إمكانية رصد N₂H⁺ باتجاه المركز، ووجدوا _أن ^وفرته تنخفض بمقدار رتبتين على الأقل عند الانتقال من الحافة الخارجية للنواة إلى مركزها. أظهر هذا أن N₂H⁺ ^ليس مؤشرًا مثاليًا لكيمياء النوى ما قبل النجمية الكثيفة ، وخلصوا إلى أن H₂D⁺ قد _{يكون المؤشر} ^{الجزيئي} الوحيد الجيد لدراسة المناطق الداخلية للنوى ما قبل النجمية ^{. [ ١٠ ]}

على الرغم من أن جزيء _N₂H⁺ هو الأكثر رصدًا من قبل علماء الفلك لسهولة اكتشافه، فقد أجريت بعض التجارب المخبرية التي رصدته في بيئة أكثر تحكمًا. وكان أول طيف مخبري لجزيء N₂H⁺ ^هو طيف _{النطاق الدوراني 1-0 في مستوى الاهتزاز الأرضي،} ^وهو نفس الانتقال الميكروي الذي اكتشفه علماء الفلك مؤخرًا في الفضاء. ^{[ 11 ]}

بعد عشر سنوات، أجرى أوروتسكي وزملاؤه دراسة طيفية اهتزازية لأيون N₂H⁺ ^من _خلال مراقبة البلازما المتكونة بفعل تفريغ خليط من غازات النيتروجين والهيدروجين والأرجون باستخدام ليزر مركز اللون. خلال التفريغ النبضي، عُكست الأقطاب في نبضات متناوبة، مما أدى إلى سحب الأيونات ذهابًا وإيابًا عبر خلية التفريغ. تسبب هذا في انزياح خصائص امتصاص الأيونات، دون الجزيئات المتعادلة، ذهابًا وإيابًا في فضاء التردد، مما سمح باستخدام مضخم متزامن لمراقبة أطياف الأيونات فقط في التفريغ. وقد حقق المضخم المتزامن، بالاقتران مع تعديل السرعة، تمييزًا يزيد عن 99.9% بين الأيونات والجزيئات المتعادلة. تم تحسين غاز التغذية لإنتاج N₂H⁺ ، ^ولوحظت _{انتقالات} تصل إلى J = 41 لكل من نطاق تمدد N–H الأساسي ونطاق الانحناء الساخن. ^{[ 12 ]} 

لاحقًا، لاحظ كابادج وزملاؤه نطاقات ساخنة إضافية مرتبطة بنطاق الاهتزاز الأساسي باستخدام ليزر ذي تردد تفاضلي لمراقبة تفريغ خليط من غازات النيتروجين والهيدروجين والهيليوم. استخدموا تعديل السرعة بنفس طريقة أوروتسكي وزملاؤه، للتمييز بين الأيونات والجسيمات المتعادلة. جمعوا ذلك مع تقنية شعاع معاكس الانتشار للمساعدة في طرح الضوضاء، مما زاد من حساسيتهم بشكل كبير. كانت لديهم حساسية كافية لرصد أيونات OH⁺ و H₂O⁺ ^{و H₃O⁺} _{المتكونة} ^من _شوائب O₂ و _H₂O الضئيلة _في خزان الهيليوم الخاص بهم. ^{[ 13 ]}

من خلال مطابقة جميع النطاقات المرصودة، تم تحديد ثوابت الدوران لـ _N2H ⁺ لتكون Be ₌  1.561928  سم ⁻¹ و De ₌ 2.746 × 10⁻⁶ سم⁻¹ ^،  وهي الثوابت الوحيدة اللازمة لتحديد الطيف الدوراني لهذه الجزيئة الخطية في الحالة الاهتزازية الأرضية، باستثناء تحديد انقسام التفاعل الفائق الدقيق. وبموجب قاعدة الاختيار ΔJ = ^± 1 ،  يمكن رسم مستويات الطاقة الدورانية المحسوبة، بالإضافة إلى نسبتها المئوية عند 30 كلفن . تختلف ترددات القمم المتوقعة بهذه الطريقة عن تلك المرصودة في المختبر بما لا يزيد عن 700 كيلوهرتز.  

يوجد أيون N₂H⁺ في الغالب في السحب الجزيئية الكثيفة، حيث يرتبط وجوده ارتباطًا وثيقًا بوجود العديد من المركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين. ^{[ 14 ] ويرتبط} هذا الأيون ارتباطًا وثيقًا بكيمياء جزيء النيتروجين (N₂ ⁾ _{، الذي} يصعب رصده (لأنه يفتقر إلى عزم ثنائي القطب). ولهذا السبب، يُستخدم N₂H⁺ _عادةً لتحديد وفرة N₂ _في السحب الجزيئية بشكل غير مباشر.

يمكن تحديد معدلات تفاعلات التكوين والتفكك السائدة من ثوابت المعدل المعروفة والوفرة النسبية (مقارنةً بجزيء الهيدروجين H₂ ₎ في سحابة جزيئية كثيفة نموذجية. ^{[ 15 ]} وقد حُسبت المعدلات هنا لفترة زمنية مبكرة (316000 سنة) ودرجة حرارة 20  كلفن، وهي ظروف نموذجية لسحابة جزيئية حديثة نسبياً.

إنتاج الديازينيلوم

رد فعل	ثابت المعدل	المعدل/[H 2 ] 2	المعدل النسبي
H₂ + N₂ + 2 → N₂H⁺ + H​​	2.0 × 10 −9	1.7 × 10 −23	1.0
H + 3 + N 2 → N 2 H + + H 2	1.8 × 10 −9	1.5 × 10 −22	9.1

تدمير الديازينيلوم

رد فعل	ثابت المعدل	المعدل/[H 2 ] 2	المعدل النسبي
N₂H⁺ + O → N₂ + OH⁺​	1.4 × 10 −10	1.6 × 10 −23	1.0
N₂H⁺ + CO → N₂ + HCO⁺​	1.4 × 10 −10	5.0 × 10 −23	3.2
N₂H⁺ + e⁻ → N₂ + H​​	2.0 × 10 −6	4.4 × 10 −23	2.8
N₂H⁺ + e⁻ → NHN​​	2.6 × 10 −6	5.7 × 10 −23	3.7

توجد عشرات التفاعلات الأخرى الممكنة، لكن هذه هي التفاعلات الوحيدة السريعة بما يكفي للتأثير على وفرة أيون الهيدروجين N₂H⁺ في _السحب الجزيئية الكثيفة. ولذلك، يلعب الديازينيليوم دورًا حاسمًا في كيمياء العديد من الجزيئات المحتوية على النيتروجين. ^{[ 14 ]} على الرغم من أن كثافة الإلكترونات الفعلية في ما يُسمى "السحب الكثيفة" منخفضة نسبيًا، إلا أن تحلل أيون الهيدروجين N₂H⁺ ^{يخضع في} الغالب _لإعادة التركيب التفكيكي .