헬륨 화합물

Helium compounds

헬륨은 가장 작고 가벼운 고귀한 기체이며 가장 비활성적인 원소 중 하나이므로 헬륨 화합물은 아예 존재할 수 없고, 적어도 정상적인 조건에서는 존재할 수 없다고 일반적으로 여겨졌다.[1] 헬륨의 첫 이온화 에너지 24.57 eV는 어떤 원소보다도 높다.[2] 헬륨은 완전한 전자의 껍데기를 가지고 있으며, 이 형태에서 원자는 쉽게 여분의 전자를 받아들이지도 않고 공밸런트 화합물을 만들기 위한 어떤 것과도 결합하지도 않는다. 전자 친화력은 0.080 eV로 0에 매우 가깝다.[2] 헬륨 원자는 외부 전자 껍질의 반지름이 0.29 å로 작다.[2] 헬륨은 피어슨 경도가 12.3 eV인 매우 단단한 원자다.[3] 그것은 어떤 종류의 원자보다도 가장 낮은 편광성을 가지고 있지만, 헬륨과 다른 원자 사이에 매우 약한 반 데르 발스 힘이 존재한다. 이 힘은 반발력을 초과할 수 있으므로, 극도로 낮은 온도에서 헬륨은 반데르발 분자를 형성할 수 있다. 헬륨은 알려진 물질 중 가장 낮은 비등점(4.2K)을 가지고 있다.

헬륨과 다른 원자 사이의 반발력은 고압에 의해 극복될 수 있다. 헬륨은 압력에 의해 나트륨이 함유된 결정 화합물을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 헬륨을 고체 조합으로 강제할 수 있는 적절한 압력이 행성 내부에서 발견될 수 있었다. 쇄산염은 또한 얼음의 압력을 받는 헬륨과 질소와 같은 다른 작은 분자로도 가능하다.

헬륨 반응성을 만드는 다른 방법으로는, 헬륨을 이온으로 변환하거나, 전자를 더 높은 수준으로 흥분시켜 흥분제를 형성하게 하는 것이다. 헤 II로도 알려진 이온화 헬륨(He+)은 다른 원자로부터 전자를 추출할 수 있는 매우 높은 에너지 물질이다. 그는+ 수소와 같은 전자 구성을 가지고 있기 때문에 이온적일 뿐만 아니라 공밸런스 결합을 형성할 수 있다. 엑시머는 더 높은 에너지 레벨의 헬륨 원자를 함유한 분자가 급속도로 붕괴되어 두 원자가 결합을 이루는 역진 상태로 되돌아갈 수 있기 때문에 오래 지속되지 않는다. 그러나 헬륨 백색 왜성과 같은 일부 장소에서는 흥분된 헬륨 원자를 빠르게 형성하기에 조건이 적합할 수 있다. 흥분한 헬륨 원자는 1초 전자가 2초로 승격된다. 이를 위해서는 1g당 1900킬로줄(450kcal)의 헬륨이 필요하며, 이는 전자충격, 즉 방전 등으로 공급할 수 있다.[4] 2s의 흥분된 전자 상태는 리튬 원자의 그것과 유사하다.

알려진 솔리드 페이즈

헬륨과 다른 물질과의 대부분의 고체 조합은 고압의 압력을 필요로 한다. 헬륨은 다른 원자와 결합하지 않지만 물질은 잘 정의된 결정 구조를 가질 수 있다.

이소듐헬라이드

주요 기사: 이소듐헬라이드

이소듐헬라이드(NaHe2)는 헬륨과 나트륨의 화합물로 113기가파스칼(1,130,000bar) 이상의 고압에서 안정적이다. 디소듐헬라이드는 USPEX 코드를 사용해 처음 예측됐으며[5] 2016년 처음 합성됐다.[2][6] 160 GPA 이상에서 열역학적으로 안정적이고 100 GPA 이상에서 역동적으로 안정될 것으로 예측되었으며, NaHe는2 불소산염과 같은 입방정 구조를 가지고 있다. 300 GPA에서 결정의 단위 셀의 가장자리는 a = 3.95 å이다. 각 단위 셀은 입방체 면과 모서리의 중앙에 4개의 헬륨 원자를 포함하고, 8개의 나트륨 원자는 각 면으로부터 1/4 셀을 좌표로 한다. 이중 전자(2e−)는 각 가장자리와 단위 셀의 중심에 위치한다.[7] 각각의 전자는 한 쌍씩 회전한다. 이러한 고립된 전자의 존재는 이것을 전기로 만든다. 헬륨 원자는 어떠한 결합에도 참여하지 않는다. 그러나 전자쌍은 8센트의 2전자 결합으로 간주될 수 있다.[2] 이소듐헬라이드는 절연체와 투명성이 예상된다.[2]

규산염

헬륨은 2007년에 규산염으로 들어가는 것이 처음 관찰되었다. 미네랄 멜라노프로기이트는 일반적으로 이산화탄소, 메탄 또는 질소를 함유할 수 있는 천연 실리카 층산염(clathrasil)이다. 헬륨으로 압축하면 새로운 쇄골이 형성된다. 이것은 훨씬 더 높은 벌크 계수를 가지고 있고, 무정형화를 억제한다. 헬륨은 17개 GPA를 흡수해 단위 셀을 넓혔다가 11개 GPA로 압력이 떨어지자 다시 방출됐다.[8]

크리스토발라이트 헤 2세(SiOHe2)는 1.7~6.4GPA 사이에서 안정적이다. Rhombohedral 우주군 R-3c를 가지고 있으며, 단위 셀 치수는 a = 9.080 å, α = 31.809°, V = 4 GPA에서 184.77 å이다3.[9]

크리스토발라이트 헤 1(SiOHe2)은 6.4 GPA 이상의 높은 헬륨 압력 하에서 형성될 수 있다. 10 GPA에서 단위 셀 치수가 a = 8.062 å, b = 4.797 å, c = 9.491 å, β = 120.43°, V = 316.47 å인3 단핵 우주군 P21/C를 가지고 있다.[10]

헬륨은 고압으로 용융된 실리카에 침투하여 압축성을 감소시킨다.[11]

또 다른 천연 규산염 덩어리인 지바이트는 2.5 GPA 이상의 압력 하에서 헬륨에 침투한 구조를 가지고 있다. 게스트 탄화수소가 존재한다고 해서 이런 일이 생기는 것은 아니다. 네온은 더 높은 압력, 4.5 GPA가 침투해야 하며 헬륨과는 달리 히스테리를 보인다.[12] 린데형 A 제올라이트도 2~7GPA 사이 헬륨에 침투했을 때 압축성이 떨어진다.[13]

비소올라이트 헬륨 함유 화합물

비소올라이트 헬륨 함유 화합물 AsO46·2He는 3 GPA 이상, 최대 30 GPA 이상의 압력으로부터 안정적이다.[14] 비소올라이트는 가장 부드럽고 압축이 가능한 광물 중 하나이다.[15] 헬륨은 압력을 받고 있는 비소산염에서 발생할 수 있는 비정화를 방지한다.[16] 헬륨이 함유된 고체는 일반 비소산염보다 음속도가 높을 정도로 강하고 단단하다.[17] 결정체에 포함된 헬륨은 AsO46 분자에 더 균일한 스트레스를 유발한다. 사용 가능한 유일한 전자 쌍에도 불구하고 비소에서 헬륨까지 실제 결합은 형성되지 않는다.[18] 헬륨의 비소올라이트 확산은 3GPA의 압력에서 며칠이 걸리는 느린 과정이다. 그러나 결정체에 가해지는 압력이 너무 높으면(13GPA) 헬륨 침투는 일어나지 않는데, 이는 비소산 분자 간의 간격이 너무 작아지기 때문이다.[18] 네온은 비소산염으로 확산되지 않는다.[18]

페로브스카이트

A 현장에서 결함이 있는 음성 열팽창 페로브스카이트의 A 현장에 헬륨을 삽입할 수 있다. 실온과 350 MPa 헬륨이 CaZrF에6 포함되어 HecaZrF를6 생성하는 단위 셀을 확장한다. A현장의 절반가량이 헬륨원자로 채워져 있다. 이 물질은 주변 온도에서 감압 시 수 분 동안 헬륨을 손실하지만, 감압 시 130 K 이하에서는 헬륨을 유지한다.[19] GPA 1개에서는 모든 A현장이 헬륨으로 채워져 HecaZrF가26 생성된다.[20]

포마테스

헬륨은 압력을 받으면 디메틸람모늄 철분(CH3)2NHFe2(HCOO)를 관통한다.3 헬륨이 없는 경우보다 낮은 압력(약 4GPA)에서 단핵 명령 상태에 변화를 줌으로써 이에 영향을 미친다.[21]

소분자

헤(N2)11는 육각형 결정체를 가진 반 데르 발스 화합물이다. 10 GPA에서 22개의 질소 원자의 단위 셀은 558 å의3 단위 셀 체적을 가지며, 15 GPA에서는 약 512 å의3 단위 셀 체적을 가진다. 이러한 크기는 이러한 압력에서 고체 Δ-N2 질소의 등가 양보다 약 10 å3 작다. 이 물질은 다이아몬드 앤빌 셀에 질소와 헬륨을 압축하여 만든다.[22]

니헤는2 13.7 GPA에 육각형 MgZn2 타입의 결정구조를 가지고 있다. 단위 셀의 치수는 a = 4.066 å, c = 6.616 å, 21.8 GPA에서는 a = 3.885 å, c = 6.328 å이다. 각 단위 세포에는 4개의 원자가 있다. 12.8 GPA와 296 K에서 녹으며 90 GPA 이상으로 안정적이다.[23][24]

클라스라테스

헬륨 쇄상체는 압력을 받는 경우에만 형성된다. 280에서 480 MPa 사이의 압력에서 얼음 II를 사용하는 경우 Hhe:1:6의 HO2 비율이 존재한다.[25] 물 대 헬륨 비율이 2.833인 또 다른 쇄석수가 SII 쇄석액 구조로 만들어졌다. 그것은 얼음 속에 서로 다른 두 개의 우리들을 가지고 있고, 작은 우리들은 하나의 헬륨 원자를 포함할 수 있고, 큰 우리들은 네 개의 원자를 포함할 수 있다. 네온을 상실한 네온 클라스레이트로부터 생산된 후 141K, 150MPa의[26] 헬륨 하이드레이트로 대체하여 아이스-Ih, 아이스-Ic, 아이스-I 1:1, 아이스-Ic 2:1 HE 대 HO2 비율이 예측되었다.[25] 이것들은 해왕성이나 천왕성과 같은 행성에 존재할 수 있다.[26] 헬륨 클라스레이트 하이드레이트는 수소 분자의 크기가 비슷하기 때문에 수소 클라스레이트와 유사해야 한다.[26]

헬륨은 그들의 구조와 성질을 바꾸도록 압력을 받는 다른 분자 고형물의 결정으로 들어갈 수 있다. 예를 들어 헬륨에서 클로로프로파미드가 0.3 GPA 이상일 경우 단핵 구조로 변경되지만 1.0 GPA에서는 다른 구조 형태가 변경된다.[27]

풀러사이트

헬륨은 버크민스터풀레렌 C와60 C를70 포함한 풀러라이트와의 상호교정 화합물을 형성할 수 있다. 고체 C에서60 C60 볼 사이에는 사면체 또는 팔면체 모양의 공간이 있다. 헬륨은 하나의 대기압에서도 고체 풀라이트로 확산될 수 있다. 헬륨은 두 단계로 격자로 들어간다. 첫 번째 급속 단계는 며칠이 걸리고, 더 큰 팔면 부지를 채우는 격자를 0.16%(오후 2.2시)까지 확장한다. 2단계는 헬륨을 더 많이 흡수하는 데 수천 시간이 걸리고 4면체를 채우는 격자(0.32%)를 다시 두 배(0.32%) 늘린다. 단, 고체 C60•3He는 안정적이지 않고 헬륨 대기 상태가 아닐 때 340시간의 시간대에 헬륨을 손실한다. 헬륨 간극 풀러라이트가 냉각되면 순수 고체 C보다60 10K 높은 방향 위상 전환을 갖는다. 그 시점에서의 실제 불연속적인 부피 변화는 더 작지만, 헬륨에 의한 공극 점유가 달라서인지 전환 온도 근처에 더 빠른 변화가 있다.[28][29]

내측면

헬륨 원자는 풀레네 헤@C60, 헤@C70, 헤@C60, 헤22@C와70 같은 분자 우리 안에 갇힐 수 있다.[30] 압력과 열만을 사용할 경우 수확량이 1% 미만인 상당히 낮다. 그러나 탄소공을 깨뜨리고 개혁함으로써 훨씬 더 높은 농도의 헤@C나60 헤@C를70 만들 수 있다. 고성능 액체 크로마토그래피는 물질을 함유한 헬륨을 농축할 수 있다. HeN@C60과 HeN@C70도 만들어졌다. 이들은 두 원자가 같은 공동에 함께 갇혀 있기 때문에 대칭성이 낮다. 이로 인해 ESR 라인이 넓어진다.[31]

도데카헤드란은 헬륨 이온빔에서 헬륨을 가둬 헤@CH를2020 산출할 수 있다. 작은 공의 내부 압력은 4×1026 대기에 해당한다.[32]

무기물 분자나 유기 분자와 같은 다른 케이지도 헬륨을 가둘 수 있다. 예를 들어, CHe와8 큐브 안에 있는 CHe,[33] 또는 He686@MoClF.[34]

불순물 헬륨 응축물

불순물 헬륨 콘덴세이트(IHC)(또는 불순물 헬륨겔)[35]는 초유체 헬륨 표면에 다양한 원자나 분자가 흡수될 때 액체 헬륨에 젤처럼 눈처럼 쌓인다. 원자에는 H, N, N, N, N, Ar, Kr, Xe, 알칼리 또는 알칼리성 토지가 포함될 수 있다. 불순물은 반데르발스 힘으로 지탱하는 국소화된 헬륨으로 코팅된 나노입자 군집을 형성한다. 헬륨 원자는 불순물 쪽으로 또는 멀리로 이동할 수 없지만 아마도 불순물 주위로 수직으로 이동할 수 있을 것이다.[36] 고체 같은 눈은 에어로겔처럼 구조되어 있다. 자유 원자가 응축수에 포함되면 860 J cm−1 또는 5 kJ g의−1 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있다.[37] 이러한 응축수는 가능한 로켓 연료로 처음 조사되었다.[38] 혼합물에는 [N]/[He]가 헬륨에서 질소 원자 불순물을 나타내도록 대괄호를 포함하는 표기법이 주어진다.

[N]/[He] 원자 질소 불순물 헬륨은 질소 헬륨 혼합물의 무선 주파수 방전이 초유체 헬륨으로 흡수될 때 생성되며, 질소 원자를 최대 4%까지 포함할 수 있다.[39] 그 물질은 부스러진 눈과 응결된 것을 닮았고 액체 헬륨에서 정착한다.[39] 그것은 또한2 N 분자의 가변적인 비율을 포함하고 있다.[39] 이 물질은 기존의 폭발물만큼의 위력을 가진 고에너지 고체다. 2.19K(헬륨의 람다 지점) 이상으로 가열하면 고체는 분해되어 폭발한다.[39] 이 물질은 진짜 화합물이 아니라 고체 용액에 가깝다.[36] E. B. Gordon 외 연구진은 이 물질이 1974년에 존재할 수 있다고 제안했다.[39] 개별 원자의 주위에 국소화된 헬륨 껍질은 반 데르 발스 구라고 불린다.[39] 그러나 질소 원자가 헬륨 안에 분산되어 있다는 생각은 질소 분자 군집 표면에 붙어 있는 질소 원자의 개념으로 대체되었다. 고체를 누르면 고체의 에너지 밀도를 높일 수 있다.[40]

다른 불활성 가스 불순물 헬륨 콘덴세이트는 가스 빔에서 초유체 헬륨으로 만들어질 수도 있다.[41] [Ne]/[He]는 열 방출과 고체 네온의 형성으로 8.5K에서 분해된다. 그것의 구성은 네헤에16 가깝다.

[Ar]/[He]는 아르곤 원자당 40–60 헬륨 원자를 포함하고 있다.[42]

[Kr]/[He]는 크립톤 원자당[42] 40~60개의 헬륨 원자를 포함하고 있으며 최대 20K까지 안정적이다.[37]

[Xe]/[He]는 제논 원자당 40–60 헬륨 원자를 포함하고 있다.[42]

[N2]/[He]는 12-17He2 분자당 원자를 함유하고 있다.[42] 13K까지[37] 안정적이다.

[N]/[Ne]/[He]/[He]] 네온, 질소, 헬륨이 혼합된 무선주파수 전기방전에서 생성된 가스빔으로 형성된다. 추가적인 불활성 가스는 더 많은 질소 원자를 안정시킨다. 청록색 섬광으로 7K 정도 분해된다.[41] N(2D) 상태의 흥분된 질소 원자는 최대 몇 시간까지 비교적 오래 지속될 수 있으며 녹색 발광을 발생시킬 수 있다.[41]

[H2]/[He], [D2]/[He] 또는 [D]/[He]가 초유체 헬륨에 흡수되면 필라멘트가 형성된다. 이런 형태를 충분히 갖추면 고체는 눈이라기 보다는 목화를 닮는다.[43] H를2 사용하면 제품이 떠다니다가 추가 생산이 중단되지만 중수소, 즉 절반의 혼합물을 사용하면 가라앉아 축적될 수 있다.[37] 불순물 헬륨의 원자 수소는 양자 터널링(H + H → H2)으로 인해 상당히 빠르게 분해된다. 원자 중수소는 더 느리게 디메르화되지만(D + D → D2), 존재하는 디프로튬과 매우 빠르게 반응한다. (D2 + H → HD + H).[37] 원자 수소 고형물은 크립톤과 같은 다른 고귀한 가스에 의해 더욱 안정된다.[44][45][46] 밀리켈빈 범위로 온도를 낮추면 원자 수소 응축물의 수명을 연장할 수 있다.[38] 중수 또는 중수소를 함유한 응축수는 초경량 중성자 생산을 위해 조사 중이다.[35] 초경량 중성자를 생산한 다른 불순물 겔은 CD4(중수 메탄)와 CDOD25(중수 에탄올)[47]를 포함한다.

수혈 응축수[HO2]/[He]는 직경 몇 나노미터의 물 군집과 8~800 nm의 모공을 함유하고 있다.[48]

산소 O2 불순물 헬륨은 1 ~ 100 nm의 고체 산소 클러스터를 포함한다.[49]

불순물 고체 헬륨

고체 헬륨에 불순물을 주입하면 청색 고체가 순수 히보다 높은 온도에서 녹는다.[50] 세슘의 경우 흡수는 750nm의 피크를 가지며, 루비듐의 경우 최대 흡수는 640nm이다. 이는 직경이 10nm 내외인 금속 클러스터 때문이다. 그러나 고체의 금속 양이 불순물 헬륨 응축수 고형물의 10억분의 1 미만이고 액체 헬륨이 세슘 금속을 "습득"하지 않기 때문에 이 물질에 있는 클러스터들의 낮은 농도는 헬륨을 굳히기에 충분하지 않아야 한다. 이 고체는 Cs+(또는 Rb+) 이온에 부착된 헬륨 눈덩이 때문일 가능성이 있다.[50] 눈덩이는 이온 주위의 특정 위치에서 굳어진 헬륨 원자를 포함하는 껍질이다. 헬륨 원자는 양극화로 인해 눈덩이에서 움직이지 않게 된다. 액체 헬륨의 중성 금속 원자도 전자 반발에 의해 생긴 거품으로 둘러싸여 있다. 그것들은 지름이 10에서 14 킬로그램에 이르는 전형적인 크기를 가지고 있다.[51] 액체 헬륨의 자유 전자는 지름 17 17의 거품 속에 둘러싸여 있다. 25기압 이하에서는 전자 거품이 11 å까지 감소한다.[52]

고체 용액

헬륨은 압력에 비례하는 농도로 뜨거운 금속에서 제한된 범위까지 용해될 수 있다. 대기압에서 500 °C 비스무트는 10억분의 1을 흡수할 수 있고, 649 °C에서는 리튬이 10억분의 5를 흡수할 수 있으며, 482 °C에서는 칼륨이 백만분의 2.9를 흡수할 수 있다(모든 원자 분율).[53] 니켈에는 10개10 중 1개, 금은 10개7 중 1개가 있을 수 있다. 녹는점이 높을수록 헬륨이 덜 용해될 수 있다는 가정이다. 그러나 액화 금속이 침전되면 고농도의 헬륨은 용해될 수 있다. 그래서 냉각된 액체강은 백만분의 1의 헬륨을 가질 수 있다. 헬륨 원자를 금속 격자 안에 넣으려면 구멍이 생겨야 한다. 금속의 구멍을 만드는 에너지는 기본적으로 용액의 열이다.[54]

나노와이어스

액체 헬륨으로 증발한 금, 구리, 루비듐, 세슘 또는 바륨 원자는 거미줄 같은 구조를 형성한다.[55] Rhenium은 나노 플레이크를 생산한다. 몰리브덴, 텅스텐, 니오비움은 지름 20, 25 및 40 å의 얇은 나노와이어를 생산한다.[56] 백금, 몰리브덴 또는 텅스텐이 액체 헬륨으로 증발하면 금속의 용융점 위에 고온의 열 방출 펄스를 동반한 나노클러스터가 먼저 형성된다. 초유체 헬륨에서는 이들 클러스터가 대부분 고체 상태가 되면 나노와이어를 생산하기 위해 이 클러스터들이 vortice로 이동하고 함께 용접된다. 고온 액체 헬륨에서는 전선 대신 더 큰 금속 군집이 형성된다. 금속 증기는 액체 헬륨으로 약 0.5mm만 침투할 수 있다.[57] 인듐, 주석, 납 및 니켈은 직경 약 80 diameter의 나노와이어를 생산한다.[58] 이 4개의 금속은 또한 전자현미경으로 검사했을 때 폭발하는 약 2μm의 부드러운 구를 만들어낸다.[59] 구리, 퍼말로이, 비스무트도 나노와이어를 만든다.[60]

2차원 이온 결정체

액체 헬륨의 헬륨 2 이온(He+)은 전기장에 이끌렸을 때 100mK 이하의 온도에서 2차원 결정체를 형성할 수 있다. 헬륨 표면 바로 아래에 평방미터당 약 5조개의 이온이 있다. 자유 전자는 헬륨 표면 위로 뜬다.[61]

알려진 반 데르 발스 분자

  • 리허[62]
  • 디엘리움
  • 삼헬리움
  • 아게3[63]
  • Heco는 Van der Wals의 힘에 의해 약하게 구속되어 있다. 그것은 CO와 He가 공통적이기 때문에 차가운 성간 매체에서 잠재적으로 중요하다.[64]
  • CFHe와4 CClHe가4 모두 존재한다.[65]
  • HEI는2 고압 헬륨의 초음속 팽창과 요오드 자국이 진공으로 확장되어 형성될 수 있다. 그것은 3원자 헬륨 반 데르 바알 분자로 알려진 최초의 것이었다. 그것은 형광에 의해 감지될 수 있다. HEI는2 대역과 선이 두 개의 추가 시리즈를 형성하도록 이동되는 것을 제외하고는 I과2 유사한 광학 스펙트럼을 가지고 있다. 한 영상 시리즈는 2.4~4.0cm−1 사이, 다른 영상 시리즈는 9.4~9−1.9cm 사이 블루스히프다. 이 두 시리즈는 He-I 결합의 진동이 서로 다르기 때문일 수 있다. 그 선들은 그들의 흥분된 진동 상태의 분자들이 긴 수명을 가지고 있다는 것을 나타내는 좁다.[66]
  • NaHe2 분자는 헬륨 나노드롭렛 표면에 형성될 수 있다.[67]
  • 노에[68]

알려진 이온

헬륨은 가장 높은 이온화 에너지를 가지고 있기 때문에 헤이온은+ 다른 중성 원자나 분자로부터 전자를 떼어낼 것이다. 그러나 그것은 또한 생산된 이온과 결합할 수 있다. 헤이온은+ 가스나 액체 헬륨에서 연구될 수 있다. 그것의 화학 작용이 완전히 사소한 것은 아니다. 예를 들어 그는++
6 SF나 SF+
5, 원자불소를 산출하기 위해6 SF와 반응할 수 있다.[69]

이온화 군집

그는+
2 1933년에 리너스 폴링에 의해 존재한다고 예언되었다. 이온화 헬륨에 대한 질량분광법을 시행하면서 발견되었다. 이온화된 헬륨 원자가 헬륨 원자와 결합하여 dihelium cation을 형성되는 헬륨 원자는 다음과 같다. 그+ + 그 → 그+
2.[70]

이온화 된 디엘리움 헤(1He2+
2+
g, state)는 싱글릿 상태에 있다. 헤어져2+
2 → 헤+ + 그는 200+ kcal/mol의 에너지를 방출한다. 35 kcal/mol의 분해 장벽과 0.70 70의 결합 길이를 가지고 있다.[70]

3헬리움 양이온+
3[71]. 그는 135에서 20K사이의[72] He와+
2 평형을 이루고 있다.

하이드라이드 헬륨

헬륨 하이드라이드 이온 HEH는+ 1925년부터 알려져 있다.[70] 양성자 dihelium 이온 HeH는2+ dihelium cation이 dihydrogen과 반응할 때 형성될 수 있다. He+
2 + H2 → HeH2+ + H. 이것은 선형 분자로 여겨진다.[70] 더 큰 양성자 헬륨 클러스터 이온은 3에서 14까지 n을 가진 HeH가n+ 존재한다. 헤헤와6+ 헤헤가13+ 더 흔해 보인다. 이것들은 기체 헬륨과 H+
2 또는 H를+
3 반응시킴으로써 만들어질 수 있다.[70]

HEH는2+ 지상 상태가 불안정하다. 그러나 2p³ 상태에 흥분하면 분자는 20kcal/mol의 에너지로 결합된다. 이 이중으로 충전된 이온은 헬륨 하이드라이드 이온을 900 keV까지 가속시켜 아르곤으로 발사함으로써 만들어졌다. 4ns의 짧은 수명에 불과하다.[70]

HHe는2+ 만들어졌고 자연에서 H2 + He → HHe를+2+ 통해 발생할 수 있다.[70]

HHe는3+
n n이 1에서 30 이상일 때 존재하며, 수소 원자와 헬륨이 더 많은 클러스터도 있다.[73]

노블 가스

고귀한 가스 클러스터 이온은 다른 고귀한 가스들을 위해 존재한다. 제논을 함유한 단일 충전 클러스터 이온은 Hexen+
m 공식과 함께 존재하며, 여기서 n과 m 1 1이다.[74]

적어도 n=1~17을 가진 많은 다른 헤크르들이n+ 존재한다. Heckr과n+
2 Heckr도n+
3 n의 많은 값에 대해 존재한다. 헤크르와12+
2 헤크르12+
3 이온은 흔하다. 이 단일 충전 클러스터 이온은 진공 자외선 방사선에 노출되는 헬륨 나노드롭렛에서 크립톤으로 만들 수 있다.[74]

아르곤+ 이온은 HeAr에서+ HeAr에50+ 이르는 헬륨을 가진 여러 가지 크기의 클러스터를 형성할 수 있지만, 가장 일반적인 클러스터는 HeAr12+ 및 그 이하의 군집이다. 이 성단은 아르곤 원자를 액체 헬륨 나노드롭렛에 담아 고속 전자로 이온화함으로써 만들어진다. 그가+ 형성되는데, 아르곤으로 전하를 옮긴 다음 나머지 방울이 증발할 때 군집 이온을 형성할 수 있다.[75]

NeHe는+
n 자외선 광학화에 의해 만들어질 수 있다. 클러스터에는 네온 원자가 하나만 들어 있다. 헬륨 원자의 수는 1에서 23까지 다양할 수 있지만, NeHe와+
4 NeHe가+
8 관측될 가능성이 더 높다.[74]

고귀한 가스 원자를 가진 헬륨의 이중 충전 이온도 아헤2+, 크헤2+, 시헤를2+ 포함하여 존재한다.[76]

금속

다양한 금속-헬리움 이온이 알려져 있다.

알칼리 금속 헬라이드 이온은 모든 알칼리성으로 알려져 있다. 이원자 이온의 분자 접지 상태는 X x 상태에1+ 있다. LiHe+, NaHe+, KHe+, RbHe+, CsHe에+ 대한 주기율표가 1.96, 2.41, 2.90, 3.10, 3.38 descended의 길이로 내려갈수록 결합 길이는 커진다. 분리에너지는 1.9, 0.9, 0.5, 0.4, 0.3kcal/mol로 결합에너지가 감소하는 것을 보여준다. 분자가 분열할 때 헬륨 원자에는 절대 양의 전하가 없다.[70]

주변에 헬륨 원자가 많을 때 알칼리 금속 이온은 헬륨 원자의 껍질을 끌어당길 수 있다. 클러스터는 금속을 헬륨 방울로 흡수함으로써 형성될 수 있다. 도핑된 물방울은 고속 전자로 이온화된다. 나트륨 군집의 경우 n은 1부터 26까지 NaHe라는+n 공식과 함께 나타난다. 나헤가+ 가장 흔하지만, 나헤는+2 매우 친밀하다. 나헤는+8 헬륨이 많은 성단보다 훨씬 풍부하다. 1부터 20까지 n을 가진 NaHe도+
2n 등장한다. n이 작은 나헤도+
3n 만들어진다. 칼륨의 경우 n이 28인 KHe+n, 1~20인 KHe가+
2n 형성된다. KHe와+ KHe는+2 둘 다 흔하며, KHe는+12 다른 비슷한 크기의 클러스터보다 약간 더 흔하게 형성된다.[77] 세슘과 루비듐 양이온도 헬륨과 함께 군집을 형성한다.[77]

다른 알려진 금속-헬리움 이온으로는 CrHe+, CoHe+, CoHe+3, NiHe+, NiHe가+3 있다.[70] PtHe2+;[78][79] 헬륨,[76] VHe에서2+ 백금 표면에서 높은 전기장으로 형성된 [76]HeRh는2+ 고강도 전기장,[80][81] TaHe2+, MoHe2+, WHe2+, ReHe2+, IrHe2+, PtHe2+2, WHe3+23+3, WHe 및 WHe에서3+4 분해된다.[70]

비금속

HeN은+
2 N의+
2 이온 빔에서 차가운 헬륨 가스로 약 4K에서 형성될 수 있다.[82] 분자를 분해하는 데 필요한 에너지는 140cm로−1 반데르발스 중성분자보다 상당히 강하다. HEN은+
2 여러 진동, 굽힘,[83] 회전 상태를 가질 만큼 충분히 강하다. 2부터 6까지 n을 가진 HEN은n+
2 엄청나게 팽창하는 질소와 헬륨 혼합물에서 전자를 발사함으로써 만들어졌다.[70]

CHe는60+ 50eV 전자로 C를60 조사하여 차가운 헬륨 가스로 조향 이온을 생성한다. CHE도60+
2 알려져 있다.[84]

HTO(염수)가 소멸할 때 생성되지 않지만, HOH(OH)+가 검출되었다.[70]

그는
n 1에서 12까지의 n의 값에서 검출되었다.+
 또한 CHHe3+, OCHHe+, NHe도2+ 검출되었다.[70]

영과 코기올라는 흑연에서 헬륨으로 방출되는 전기로 Hec를+ 만들었다고 주장했다.[85]

삼중수소가 메탄(CHT3)을 대체하면 CHHe는3+ 매우 적은 양으로 생성된다.[86]

헬륨 포밀 계통, HeHCO는+ 선형 분자다. HCO+ 대비 12.4cm의 진동수−1 빨간색 시프트를 가지고 있다. HeH+ + CO → HCO+ + He에 대한 전기화된 양성 반응 중간으로 간주할 수 있다.[83] HeHCO는+ He, CO, H의2 가스를 혼합한 초음속 팽창에 의해 생성될 수 있는데, 이 가스는 전자의 크로스 빔에 부딪힌다. CO와 H는2 헬륨의 1%에서만 공급된다.[83]

HeHN+
2 분자는 선형이다. He-H 본드 길이는 1.72 å이다. B-H 스트레칭으로 적외선 밴드를 갖추고 있으며, 베이스는 3158.42cm이다−1.[83][87] 결합 에너지는 000 진동 상태에서 378 cm−1, 100 진동 상태에서 431 cm이다−1.[88] HHN도2+
2 알려져 있다. 한 헬륨 원자는 수소와 연결되어 있고, 다른 헬륨 원자는 덜 단단하게 묶여 있다.[88]

HO2+, HOSF25+, SF5+, SF는6+ 다양한 수의 헬륨 원자를 가진 클러스터를 형성할 수 있다.[89]

엑시머

He*
2 exicimer는 Hopfield 연속체를 책임진다. 헬륨은 또한 바륨, 바헤와+* 함께 엑시머를 형성한다.[90]

예측 화합물

예측고형물

가설 화합물 MgFHe의2 결정 구조. 흰색 헬륨, 주황색 마그네슘, 파란색 불소

그(HO2)2는 정형외과적 구조인 이밤으로 고체를 형성할 것으로 예측된다.[91]

철 헬라이드(FeHe)는 초기에 발견됐다고 주장했지만,[92] 이번 발견은 합금으로 분류됐다.[53] 초기 연구들은 FeHe가 고압,[93] 아마도 조밀한 행성 중심부 또는 [94]프리먼 다이슨이 제안한 중성자 별 지각 물질에 있는 간성 화합물로 존재한다고 예측했다.[95] 최근의 밀도 기능 이론 계산은 약 4 TPa 이상의 압력에서 FeHe 화합물의 형성을 예측하며,[96] 실제로 이러한 화합물이 거대한 행성, 백색 왜성 또는 중성자 항성 안에서 발견될 수 있음을 시사한다.

NaHeO는2 NaHe와2 구조가 비슷하지만 산소원자가 전자쌍과 같은 위치에 있어 O가2− 될 것으로 예측된다. 13개에서 106개까지 안정적일 것이다.[2] 이 물질은 고체에 헬륨을 저장하는 방법이 될 수 있다.[97]

LaLiTiOHe는2/3-x3x3 다공성 리튬 이온 전도 페로브스카이트로, 쇄석액처럼 헬륨을 함유할 수 있다.[33]

헬륨은 AB형이나2 AB형식의2 이온성분에서 압력에 의해 포함될 것으로 예측된다. 이러한 화합물에는 NaOHe2, MgFHe2(107 GPA 이상) 및 CaFHe2(30-110 GPA)가 포함될 수 있다. 안정화는 헬륨 원자가 두 개의 충전된 이온 사이에 위치시키고, 이들 이온을 서로 부분적으로 차폐함으로써 발생한다.[98]

헬륨은 실리콘인 SiHe와2 혼합물을 형성할 것으로 예상된다. 이것은 실리콘 원자의 육각 격자로 되어 있고, 채널에 헬륨 원자가 늘어서 있다. 액체 실리콘에 헬륨을 1GPa 이상 주입해 냉각할 때 형성돼야 한다.[99]

예측 반 데르 발스 분자

베릴륨 산화물 헬륨 유도체, HebeO는 약 5kcal/mol의 결합 에너지를 가진 일반 판 데르발 분자보다 훨씬 더 강하게 결합되는 것으로 여겨진다. 이 결합은 베릴륨의 양전하를 유도하는 쌍극자 유도 및 헬륨과 마주보는 베릴륨의 orbital 궤도 공실에 의해 강화된다.[100][101]

Variations on the beryllium oxide adduct include HeBe2O2,[101] RNBeHe including HNBeHe, CH3NBeHe,[101] CH4−xNBeHex, SiH4−xNBeHex, NH3−xNBeHex, PH3−xNBeHex, OH2−xNBeHex, SH2−xNBeHex,[102] and HeBe(C5H5)+.[103]

HHeF 불소는 평생 157 펨토초 05 kcal/mol 장벽을[clarification needed] 가질 것으로 예측된다.[104] 중수소 동위원소체의 수명은 중수소 터널링의 더 큰 어려움으로 인해 훨씬 더 길어질 것으로 예측된다.[105] 이 분자의 전이성은 HHe와+ F 사이의− 정전기 흡인 때문에 계획되어 있는데, 이는 발열성 분열의 장벽을 증가시킨다.[100] 23 GPA HHeF 이상의 압력은 안정적이어야 한다.[106]

코인지 금속 불소에 대한 계산에는 HecuF가 안정적이며 [104]HeAugF가 불안정하며 [104]HeAuF가 예측되며 [104]결합 에너지3 1.4 cm−1,[107] AgHe4 결합 에너지 1.85−1 cm, AuHe3 결합 에너지 4.91−1 [107]cm4, AuHe 결합 에너지 5.87 cm가−1[107] 포함된다.

헤나오가 예고됐다.

바이너리 판데르 왈스 헬륨 분자의 계산에는 HeNe, LiHe4 결합 에너지 0.008 cm가−1 포함되며 LiHe는3 안정적이지 않다.[107] NaHe4 결합 에너지 0.03cm−1, NaHe는3 안정적이지 않다.[107] Cu3He 결합 에너지 0.90 cm−1,[107]O4He 결합 에너지 583cm−1,[107]S4He 결합 에너지 6.34 cm−1,[107]Se4He 결합 에너지 7.61cm−1,[107]F4He 결합 에너지 3.85cm−1,[107]Cl4He 결합 에너지 7.48 cm−1,[107]Br4He 결합 에너지 7.75 cm−1,[107]I4He 결합 에너지 8.40 cm−1,[107]N4He 결합 에너지 28cm−1,[107]P4He 결합 에너지 3.42cm−1,[107]As4He 결합 에너지 3.49cm−1,[107]Bi4.그는 Si4He. cm−1,[107]에너지 33.26 결합에너지 입력 1.95cm−1,[107] GeHe4 결합 에너지 2.08cm−1,[107] CaHHe4 결합 에너지 0.96 cm−1,[107] NHE4 결합 에너지 4.42−1 cm,[107] MnHHe4 결합 에너지−1 [107]1.01 cm4, YbFHe 결합−1[107] 에너지 5.574
2 [108]cm IHe 또는 IHe3
2

헤니코와 헤니엔에서2 약한 리간드로 헬륨과 함께 결합이 니켈로 형성될 것으로 예측된다.[100]

(HeO)(LiF)2는 평면 전이성 분자를 형성할 것으로 예측되며,[109] 1-트리스(피라졸)보레이트 베릴륨과 1-트리스(피라졸)보레이트 마그네슘은 저온에서 헬륨을 결합할 것으로 예측된다.[110] 또한 세슘 플루오르화 또는 테트라메틸 암모늄 플루오르화 분자 내 He-O 결합에 대한 예측도 있다.[111]

리허는2 흥분하면 에피모프 상태에 있을 것으로 예측된다.[112]

예측 이온

플루오로헬리테이트 이온

많은 이온들이 존재할 수 있는지 알아보기 위해 이론적으로 조사되어 왔다. 헬륨을 가진 거의 모든 규조체가 연구되어 왔다. 이원자 decommunications의 경우 안정성을 위해 파트너 원자의 두 번째 이온화 수준은 헬륨의 첫 번째 이온화 수준 24.6 eV 미만이어야 한다. Li, F, Ne에게는 지상의 상태가 혐오스럽기 때문에 분자가 형성되지 않을 것이다. N과 O의 경우 분자는 헤를+ 방출하기 위해 분해될 것이다. 그러나 Hebe2+, Heb2+, Hec는2+ 안정적일 것으로 예측된다. 또한 Na에서 Cl까지의 2열 원소는 안정적인 HEX2+ 이온을 가질 것으로 예측된다.[70]

Hey는3+ 가장 가벼운 안정성의 이온 3중전하 이온으로 예측된다.[113] 열화학적으로 안정된 다른 이온으로는 헬륨보다 세 번째 이온화 지점이 낮은 헤즈르3+, 헤프3+, 헤라3+, 헤인드3+, 헤체3+, 헤프3+, 헤프, 헤프3+, 헤프, 헤프, 헤프3+, 헤프, 헤프베3+3+, 헤트브3+, 헤트밀3+ 등이 있다3+3+3+.[70]

포지트로늄 헬라이드 이온+ PsHe는 포지트론이 헬륨과 만났을 때 형성되어야 한다.[114]

FHeO 이온은 안정적이어야 하지만− LiFHeO와 같은 염분은 안정적이지 않다.[115][71]

  • HHeCO+ 이론[116]
  • FHeS-는 안정적일 것으로 예상된다.[117]
  • FHebN−
  • HHeN은2+ 존재할 것 같지 않다.[118]
  • (HHe+)(OH2)는 아마도 불안정할 것이다.[119]

리튬 하이드로헬라이드 양이온 HLiHe는+ 이론적으로 선형이다. 이 분자 이온은 빅뱅 핵합성 원소와 함께 존재할 수 있다.[120] 이론적으로 존재하는 다른 하이드로헬라이드 양이온으로는 HNaHe+ sodium hydrohelide citation, HKHe+ 칼륨 hydrohelide citation, HBeeHe2+ 수력발전소, HMgHe2+ 마그네슘 하이드로헬라이드 citation, HCaHe2+ 수력발전소 등이 있다.[120]

HebeO는+ 25 kcal mol의−1 결합 에너지가 상대적으로 높을 것으로 예측된다.[121]

음이온의 경우 유도체는 매우 약하게 결합된다.[70] 연구− 대상으로는 Hecl−, Hebr, HeF−, HeO−, Hes− 등이 있다.[71]

HHeNH는+
3 C3v 대칭과 H-He 결합 길이가 0.768 å과 He-N 1.830으로 예측된다. 암모늄으로의 분해에 대한 에너지 장벽은 19.1 kJ/mol이며 에너지 방출은 563.4 kJ/mol이다. 수혈이온과 암모늄으로 분해하면 126.2 kJ/mol이 방출된다.[71]

불명확하거나 가능성이 없는 관측치

20세기 초에 수많은 연구자들이 헬륨의 화학적 화합물을 만들려고 시도했다.[122] 1895년 L. 트루스트와 L. 오브라드는 그들이 마그네슘 증기와 헬륨(그리고 아르곤) 사이의 반응을 목격했다고 믿었다.[123] 1906년 W. Ternant Cooke은 증기 밀도의 증가를 관찰함으로써 카드뮴이나 수은 증기에 대한 헬륨의 반응을 발견했다고 주장했다. 아연 증기는 헬륨과 반응하지 않았다.[124]

J. J. Manley는 1925년[125][126][127] HgHeg에서10 기체 수은 헬라이드 Heg를 발견했다고 주장했고,[128][129] 그 결과를 Nature에 발표했지만, 그 후 안정적인 구성을 찾는 데 어려움을 겪었고, 결국 포기했다.

1925년과 1940년 사이에 부에노스아이레스에서 호라시오 데미아노비치는 베릴륨(BeHe), 철(FeHe), 팔라듐(PdHe), 백금(PtHe3), 비스무트, 우라늄을 포함한 다양한 금속-헬륨 조합을 연구했다.[130][92] 이러한 물질을 만들기 위해, 전기 방전은 금속 표면에 충격을 가한 헬륨을 방출한다.[4] 나중에 이것들은 화합물의 상태에서 합금의 상태로 강등되었다.[53]

Platinum 헬라이드, PtHe는3 1960년에 J. G. Waller에 의해 신임을 잃었다.[131]

팔라듐 헬라이드, PdHe는 팔라듐 트리타이드의 삼중수소 붕괴로부터 형성되며, 헬륨(3He)은 해결책으로 고체에 유지된다.

부머는 텅스텐 헬라이드 WHe의2 발견을 검은색 고체로 주장했다.[132] 그것은 열선내장 텅스텐 필라멘트를 가진 헬륨에서의 전기 방전을 통해 형성된다. 질산이나 수산화칼륨에 용해되면 텅스트산이 형성되고 헬륨이 거품 속에서 빠져나간다. 헬륨의 경우 0.05~0.5mmHg의 압력으로 5mA~1000V의 전류를 방출했다. 기능성 전기분해 전류는 2~20mA로, 5-10mA가 가장 잘 작동한다. 이 과정은 200V에서 천천히 진행되며 0.02mmHg의 수은 증기가 텅스텐 증발을 5배 가속화한다. 이것에 대한 검색은 어니스트 러더포드에 의해 제안되었다. 그것은 1960년에 J. G. Waller에 의해 신빙성이 떨어졌다.[131] 부머는 또한 수은, 요오드, 유황, 인의 조합과 헬륨을 연구했다. 수은과 요오드 헬륨 조합 -70°C[133] 전후 황과 인의 헬륨 조합은 -120°C[133] 전후로 분해된다.

  • 비스무트 디헬라이드, 비헤2

H. 크레프트와 R. 롬페는 헬륨과 나트륨, 칼륨, 아연, 루비듐, 인듐, 탈륨의 반응을 주장했다.[137]

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추가 읽기

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외부 링크

  • 위키미디어 공용 헬륨 화합물 관련 매체