الميثانيوم

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، الميثانيوم أيون موجب معقد صيغته [ CH5 ] + ( شكل انتقالي شبه مستقر، ذرة كربون مرتبطة تساهميًا بخمس ذرات هيدروجين ) أو [ CH3 ( H2 ) ] + (شكل ديناميكي، أي جزيء يحتوي على ذرة كربون واحدة مرتبطة تساهميًا بثلاث ذرات هيدروجين وجزيء هيدروجين واحد)، ويحمل شحنة كهربائية +1 . وهو حمض فائق وأحد أيونات الأونيوم ، بل هو أبسط أيون كربونيوم .

إنه غير مستقر للغاية وشديد التفاعل حتى عند امتلاكه ثمانية إلكترونات كاملة، مما يمنحه خصائصه الحمضية الفائقة.

يمكن إنتاج الميثانيوم في المختبر كغاز متخلخل أو كعنصر مخفف في الأحماض الفائقة. وقد تم تحضيره لأول مرة عام 1950 ونُشرت نتائجه عام 1952 على يد فيكتور تالروز ومساعدته آنا كونستانتينوفنا ليوبيموفا. [ 2 ] [ 3 ] وهو يوجد كعنصر وسيط في التفاعلات الكيميائية.

تم تسمية أيون الميثانيوم نسبة إلى الميثان ( CH4 ) ، قياسًا على اشتقاق أيون الأمونيوم ( NH4 + ) من الأمونيا ( NH3 ) .

بناء

يمكن تصور الميثانيوم المتغير على أنه أيون كربونيوم CH + 3 ، حيث يتفاعل جزيء هيدروجين مع المدار الفارغ برابطة ثلاثية المراكز ثنائية الإلكترون . ويتشارك زوج الإلكترونات الرابط في جزيء H2 بين ذرتي الهيدروجين وذرة الكربون المكونة لهذه الرابطة. [ 4 ]

يمكن لذرتي الهيدروجين في جزيء H₂ أن تتبادلا مواقعهما باستمرار مع ذرات الهيدروجين الثلاث في أيون CH₃⁺ (وهو تغيير في التكوين يُسمى الدوران الزائف ، وتحديدًا آلية بيري ). ولذلك ، يُعتبر أيون الميثانيوم جزيئًا ديناميكيًا . حاجز الطاقة اللازم لهذا التبادل منخفض جدًا، ويحدث حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية. [ 5 ] [ 6 ]

استُخدمت مطيافية الأشعة تحت الحمراء للحصول على معلومات حول التكوينات المختلفة لأيون الميثانيوم. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] يحتوي طيف الأشعة تحت الحمراء للميثان النقي على حزمتين من CH ناتجتين عن تمدد متماثل وغير متماثل عند حوالي 3000 سم⁻¹  ، وحزمتين عند حوالي 1400 سم⁻¹ ناتجتين عن اهتزازات انحناء متماثلة وغير متماثلة. في طيف CH⁺ ، توجد ثلاثة اهتزازات تمدد غير متماثلة عند حوالي 2800-3000 سم⁻¹ ، واهتزاز تأرجح عند 1300 سم⁻¹ ، واهتزاز انحناء عند 1100-1300 سم⁻¹ .    

تحضير

يمكن تحضير الميثانيوم من الميثان بفعل أحماض قوية جداً، مثل حمض الفلوروأنتيمونيك ( خماسي فلوريد الأنتيمون SbF5 في فلوريد الهيدروجين HF). [ 10 ]

عند ضغط حوالي 270 باسكال ودرجة حرارة محيطة، يتفاعل أيون الميثان CH + 4 مع الميثان المتعادل لإنتاج الميثانيوم وجذر الميثيل : [ 11 ]

CH 4 • + + CH 4 → CH + 5 + CH 3 •

يمكن أيضًا إنتاج أيون الميثانيوم في الحالة الغازية عن طريق تفاعل الميثان مع أيون H + (أي بروتون).

CH 4 + H + (g) → CH + 5

الاستقرار والتفاعلات

يتم تثبيت الكاتيونات التي تم الحصول عليها عن طريق تفاعل الميثان مع SbF 5 + HF ، بما في ذلك الميثانيوم ، من خلال التفاعلات مع جزيئات HF.

عند الضغوط المنخفضة (حوالي 1 مم زئبق) ودرجات الحرارة المحيطة، يكون الميثانيوم غير متفاعل مع الميثان المتعادل. [ 11 ]

للمزيد من القراءة

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الكيمياء، الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2009). "أيون الكربونيوم" . موسوعة المصطلحات الكيميائية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. doi : 10.1351/goldbook.C00839 . ISBN 978-0-9678550-9-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 نوفمبر 2018 .
  2. ↑ في إل تالروز وأيه كيه ليوبيموفا، دوكل. أكاد. Nauk SSSR 86, 909-912 (1952) (بالروسية: Тальрозе, В. Л., and А. К. Любимова. "Втоличные процессы в ионном источнике масс-spectrometer." DAН СССР 86 (1952): 909-912)
  3. ↑ نيكولايف، يوجين (1998). "فيكتور تالروز: تقدير" . مجلة قياس الطيف الكتلي . 33 (6): 499-501 . Bibcode : 1998JMSp...33..499N . doi : 10.1002/(SICI)1096-9888(199806)33:6 < 499::AID-JMS684 > 3.0.CO ; 2-C . ISSN 1076-5174 . 
  4. ↑ رسول، غلام؛ براكاش، جي كي سوريا؛ أولاه، جورج أ. (2011). "دراسة مقارنة لأيونات الكربونيوم فائقة التناسق ونظائرها من البورون: تحدٍّ لعلماء التحليل الطيفي". رسائل الفيزياء الكيميائية . 517 ( 1-3 ): 1-8 . Bibcode : 2011CPL...517....1R . doi : 10.1016/j.cplett.2011.10.020 .
  5. ↑ شراينر، بيتر ر.؛ كيم، سيونغ جون؛ شيفر، هنري ف.؛ فون راغو شلاير، بول (1993). " CH + 5 : قصة لا تنتهي أم الكلمة الأخيرة؟". مجلة الفيزياء الكيميائية . 99 (5): 3716-3720 . doi : 10.1063/1.466147 .
  6. ↑ مولر، هندريك؛ كوتزلنيغ، فيرنر؛ نوغا، جوزيف؛ كلوبير، ويم (1997). "CH5+: القصة مستمرة. دراسة عنقودية مقترنة مترابطة بشكل صريح". مجلة الفيزياء الكيميائية . 106 (5): 1863. Bibcode : 1997JChPh.106.1863M . doi : 10.1063/1.473340 .
  7. ↑ وايت، إدموند ت.؛ تانغ، جيان؛ أوكا، تاكيشي (1999). " CH + 5 : طيف الأشعة تحت الحمراء المرصود". مجلة ساينس . 284 (5411): 135-137 . Bibcode : 1999Sci...284..135W . doi : 10.1126/science.284.5411.135 . PMID 10102811 . 
  8. ^ أوسكار أسفاني، بادما كومار ب. ريدليتش، بريتا؛ هيجمان، إيلكا؛ شليمر، ستيفان؛ ماركس دومينيك (2005). "فهم طيف الأشعة تحت الحمراء لـ CH + 5 العارية " . علوم . 309 (5738): 1219– 1222. بيب كود : 2005Sci...309.1219A . دوى : 10.1126/science.1113729 . بميد 15994376 . S2CID 28745636 .  
  9. ↑ هوانغ، شينشوان؛ مكوي، آن ب.؛ بومان، جويل م .؛ جونسون، ليندسي م.؛ سافاج، تشاندرا؛ دونغ، فينغ؛ نيسبيت، ديفيد ج. (2006). "التحليل الكمي لطيف الأشعة تحت الحمراء لـ CH + 5 " . مجلة ساينس . 311 (5757): 60-63 . Bibcode : 2006Sci...311...60H . doi : 10.1126/science.1121166 . PMID 16400143. S2CID 26158108 .  
  10. ↑ سومر، ج.؛ جوست، ر. (2000). "أيونات الكربونيوم والكربونيوم في تنشيط الألكانات الصغيرة المحفز بواسطة الأحماض الفائقة السائلة والصلبة" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 72 (12): 2309-2318 . doi : 10.1351/pac200072122309 . S2CID 46627813 . 
  11. 1 2 فيلد، إف إتش؛ مونسون، إم إس بي (1965). "تفاعلات الأيونات الغازية. الرابع عشر. دراسات مطيافية الكتلة للميثان عند ضغوط تصل إلى 2 تور". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 87 (15): 3289-3294 . doi : 10.1021/ja01093a001 .