マグネシウム一水素化物

マグネシウム一水素化物

名前
IUPAC名 マグネシウム一水素化物
その他の名前 マグネシウム(I)水素化物、ヒドリドマグネシウム(•)
識別子
CAS番号	14332-53-7 いいえ
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
InChI InChI=1S/Mg.H キー: RZCHRULKKYOSQS-UHFFFAOYSA-N
笑顔 [H].[Mg]
プロパティ
化学式	マグネシウム
モル質量	25.313グラム/モル
外観	緑色に輝くガス[1]
水への溶解度	激しく反応する
関連化合物
その他の陽イオン	ベリリウム一水素化物 水素化カルシウム ストロンチウム一水素化物 一水素化バリウム 水素化カリウム
関連マグネシウム水素 化物	水素化マグネシウム 六水素化テトラマグネシウム
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 インフォボックス参照

マグネシウム一水素化物は、化学式MgHの分子ガスで、太陽や恒星の大気のような高温で存在します。^{[2]もともとはマグネシウム水素化物として知られていましたが、現在ではこの名前は類似の化学物質である}マグネシウム二水素化物を指すときによく使用されています。

ジョージ・ダウニング・リヴィングとジェームズ・デュワーは、1878年に初めてMgHのスペクトル線を作り、観測したと言われています。^{[3] [4]}しかし、彼らはその物質が何であるかを理解していませんでした。^[5]

レーザーはマグネシウム金属を蒸発させて原子を形成し、それが分子状水素ガスと反応してMgHやその他のマグネシウム水素化物を形成する。^[6]

マグネシウム片を含む低圧（20パスカル）の水素ガスを通した放電によりMgHが生成される。[ 7 ^]

熱的に生成された水素原子とマグネシウム蒸気は、固体アルゴンマトリックス内で反応して凝縮することができます。このプロセスは固体ネオンでは機能しません。おそらく代わりにMgH ₂が形成されるためです。^[8]

MgHを生成する簡単な方法は、マグネシウムをブンゼンバーナーの炎で燃やすことです。この炎には一時的にMgHを形成するのに十分な水素が含まれています。蒸気中のマグネシウムアークでもMgHが生成されますが、MgOも生成されます。^[5]

MgH の自然な生成は、温度が十分に高い恒星、褐色矮星、および大型惑星で起こる。これを生成する反応は、 2 Mg + H ₂ → 2 MgHまたは Mg + H → MgH のいずれかである。分解は逆のプロセスで行われる。生成にはマグネシウムガスの存在が必要である。マグネシウムガスの量は、マグネシウムケイ酸塩であるエンスタタイトの雲に抽出されるため、冷たい恒星で大幅に減少する。そうでない場合、これらの恒星では、温度がより高温のマグネシウムケイ酸塩雲の下で、MgH の濃度は圧力、マグネシウム濃度、および 10 ^−4236/Tの平方根に比例する。MgH は、惑星と褐色矮星のより深くより高温の部分で、2 番目に豊富なマグネシウム含有ガス (原子マグネシウムに次いで) である。^{[9] [10]}

Mg原子とH ₂ (二水素ガス)の反応は実際には吸熱反応であり、マグネシウム原子が電子的に励起されると進行します。マグネシウム原子は2つの水素原子間の結合に挿入され、一時的なMgH ₂分子を生成します。この分子は急速に回転し、回転するMgH分子と水素原子に分解します。^[11]生成されたMgH分子は、回転速度の二峰性分布を持っています。この反応でプロチウムが重水素に置き換えられても、回転の分布は変わりません。( Mg + D ₂または Mg +HD )。回転速度の低い生成物は振動レベルも低いため、「冷たい」状態です。^[12]

遠赤外線には、0.3～2 THzの範囲のMgHの回転スペクトルが含まれています。これには超微細構造も含まれています。^{[7] 24} MgHは、次の振動レベルのさまざまな回転遷移のスペクトル線を持つと予測されています。^[13]

赤外線振動回転帯は800～2200 cm ^−1の範囲にある。^[14]基本振動モードは6.7 μmである。^{[15]マグネシウムの3つの同位体と水素の2つの同位体が、6つの}同位体異性体 でバンドスペクトルを増幅する：²⁴ MgH ²⁵ MgH ²⁶ MgH ²⁴ MgD ²⁵ MgD ²⁶ MgD。振動と回転周波数は、原子の異なる質量によって大幅に変化する。^[14]

マグネシウム水素化物の可視スペクトルは 19 世紀に初めて観測され、マグネシウムと水素の結合によるものであることがすぐに確認されました。固体物質を生成できなかったため、実際に化合物が存在するかどうかは議論されました。それにもかかわらず、マグネシウム水素化物という用語は、スペクトルを構成するものすべてに使用されました。この用語は、マグネシウム二水素化物が発見される前に使用されていました。スペクトル バンドは、可視スペクトルの黄緑、緑、青の部分に溝の付いたヘッドを持っていました。 ^[5]

MgHスペクトルの黄緑色の帯は波長5622Å付近にある。青色の帯は4845Åである^[16]

可視スペクトルにおけるMgHの主バンドは、A2Π→X2Σ+準位間の電子遷移と回転^および振動^状態の遷移の組み合わせによるものである。^[17]

各電子遷移には、異なる振動状態間の変化のための異なるバンドがあります。振動状態間の遷移は括弧 (n,m) を使用して表され、n と m は数字です。各バンド内には、ブランチと呼ばれる 3 つのセットに編成された多くのラインがあります。P、Q、および R ブランチは、回転量子数が 1 増加するか、同じままか、または 1 減少するかによって区別されます。各ブランチのラインは、分子の回転速度に応じて異なる回転量子数を持ちます。^[18] A ² Π→X ² Σ ⁺遷移では、最も低い振動レベルの遷移が最も顕著ですが、A ² Π エネルギーレベルは最大 13 の振動量子状態を持つことができます。それより高いレベルでは、分子のエネルギーが大きすぎてバラバラに揺れます。振動エネルギーの各レベルには、分子が維持できるさまざまな回転速度があります。レベル 0 の場合、最大回転量子数は 49 です。この回転速度を超えると、回転が速すぎてバラバラになってしまいます。その後、2から13までのより高い振動レベルでは、最大回転レベルの数は47、44、42、39、36、33、30、27、23、19、15、11、6の順に減少します。^[19]

B' ² Σ ⁺ →X ² Σ ⁺システムは、わずかに高い電子状態から基底状態への遷移です。また、太陽黒点に観測される可視スペクトルの線も持っています。バンドはヘッドレスです。(0,0)バンドは、(0,3)、(0,4)、(0,5)、(0,6)、(0,7)、(1,3)、(1,4)、(1,7)、(1,8)振動バンドに比べて弱いです。^[15]

C ² Π状態の回転パラメータは、B = 6.104 cm ⁻¹、D = 0.0003176 cm ⁻¹、A = 3.843 cm ⁻¹、p = -0.02653 cm ⁻¹です。エネルギーレベルは41242 cm ⁻¹です。^[20]

別の^2Δ電子準位のエネルギーは42192 cm ⁻¹で、回転パラメータB = 6.2861 cm ⁻¹、A = -0.168 cm ⁻¹である。^[20]

紫外線は電子状態エネルギーが高いため、より多くの波長帯を持つ。^{[21] [22] [23]}

UV スペクトルには、振動遷移 (1,0) 2940 Å (2,0) 2720 Å (3,0) 2640 Å (0,1) 2567 Å (1,3) による 3100 Å のバンドヘッドが含まれています。^{[24] [25] [26] [27] [28]}

^[31]

マグネシウム一水素化物分子は、マグネシウム原子が水素原子に結合した単純な二原子分子である。水素原子とマグネシウム原子間の距離は1.7297Åである。^[32] マグネシウム一水素化物の基底状態はX ² Σ ⁺である。^[1]単純な構造のため、分子の対称点群はC _∞vである。^[32] 1分子の慣性モーメントは4.805263 ×10 ⁻⁴⁰ g cm ²である。^[32]

この結合は重要な共有結合性を持つ。^[33]双極子モーメントは1.215デバイである。^{[34] [35]}

MgHガスのバルク特性としては、生成エンタルピー229.79 kJ mol ⁻¹、^[32]、 エントロピー193.20 JK ⁻¹ mol ^{−1 [32]}、熱容量29.59 JK ⁻¹ mol ⁻¹が挙げられる。^[32]

分子の解離エネルギーは1.33 eVです。 ^[36]分子が電子を失うとMgH ⁺イオンが形成され、イオン化ポテンシャルは約7.9 eVです。 ^[37]

希ガスマトリックスでは、MgHは2種類の二量体、HMgMgHと菱形の(◊) (HMg) _2を形成できます。この二量体では、水素分子が2つのマグネシウム原子間の結合を橋渡しします。MgHは、水素分子HMg·H ₂と錯体を形成することもできます。光分解により、二量体を形成する反応が増加します。^[6]二量体HMgMgHを2つのMgHラジカルに分解するエネルギーは、197 kJ/molです。Mg (μ-H ₂ )Mgは、HMgMgHよりも63 kJ/mol多くのエネルギーを持っています。^[38]理論上、気相HMgMgHは、発熱的に24 kJ/molのエネルギーを放出してMg ₂とH ₂^{に分解できます。 [38]} HMgMgHのマグネシウム原子間の距離は2.861 Åと計算されています。^[39] HMgMgHはマグネシウムとマグネシウムの結合を持つ他の物質LMgMgLの正式な基本化合物と考えることができる。これらの物質ではマグネシウムは通常の+2ではなく酸化状態+1であると考えられる。しかし、これらの種類の化合物はHMgMgHから作られるわけではない。^{[40] [41] [42]}

MgH ^+は、陽子がマグネシウムに衝突するか、または水素ガスH ₂が一価イオン化したマグネシウム原子と相互作用することによって生成される（ H ₂ + Mg ⁺ → MgH ⁺ + H）。^[43]

MgH ⁻ , ^[44] MgH−3およびMgH−2マグネシウム陰極上で低圧水素またはアンモニアから生成される。^[44]三水素化物イオンが最も多く生成され、アンモニアよりも純粋な水素を使用した場合にその割合が大きくなる。二水素化物イオンは3つの中で最も生成されない。^[44]

HMgOとHMgSは理論的に研究されている。MgOHとMgSHはエネルギーが低い。^[45]

恒星中のMgHのスペクトルは、マグネシウムの同位体比、恒星表面の温度、重力を測定するために使用できます。^[46]高温の恒星では、MgHは熱によって分子が分解されるためほとんど解離しますが、より低温のG型、K型、M型恒星でも検出できます。^[47]また、恒星黒点や太陽黒点でも検出されます。MgHスペクトルは、磁場と恒星黒点の性質を研究するために使用できます。^[48]

MgH のスペクトル線の一部は、第 2 の太陽スペクトル、つまり分数直線偏光に顕著に現れます。これらの線は Q ₁および Q ₂分岐に属します。MgH の吸収線は、黒点付近などの磁場が存在すると偏光が減少するハンル効果の影響を受けません。これらの同じ吸収線はゼーマン効果の影響も受けません。Q 分岐がこのように現れる理由は、Q 分岐線が P 分岐線や R 分岐線よりも 4 倍分極しやすく、強度が 2 倍であるためです。これらの線は分極しやすく、磁場の影響を受けにくいです。^[49]

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