Compuesto químico
El monohidruro de calcio es una molécula compuesta de calcio e hidrógeno con fórmula CaH . Se encuentra en las estrellas en forma de gas que se forma cuando los átomos de calcio están presentes con los átomos de hidrógeno.
Descubrimiento
El monohidruro de calcio fue descubierto por primera vez cuando su espectro fue observado en Alpha Herculis y ο Ceti por Alfred Fowler en 1907. [1] [2] Fue observado en manchas solares el año siguiente por CM Olmsted. [3] [4] Luego, fue fabricado en un laboratorio en 1909 por A. Eagle, [3] y con investigaciones tempranas de Hulthèn, [5] y Watson y Weber en 1935. [6] Fue observado además en enanas rojas por Y. Öhman en 1934. Öhman propuso su uso como un proxy para la luminosidad estelar, similar al monohidruro de magnesio (MgH), al ser más aparente en los espectros de estrellas compactas, frías y de alta gravedad superficial como las enanas M que en estrellas frías y de baja gravedad superficial como las gigantes M de metalicidad no despreciable, o incluso comparable . [7]
El monohidruro de calcio es el primer gas molecular que se enfrió con un gas amortiguador frío y luego quedó atrapado en un campo magnético. Esto amplía el estudio de los átomos fríos atrapados, como el rubidio, a las moléculas. [8]
Formación
El monohidruro de calcio se puede formar exponiendo el calcio metálico a una descarga eléctrica en una atmósfera de hidrógeno a una temperatura superior a 750 °C. Por debajo de esta temperatura, el hidrógeno se absorbe para formar hidruro de calcio. [3]
El monohidruro de calcio se puede formar mediante ablación láser de dihidruro de calcio en una atmósfera de helio. [9]
El calcio gaseoso reacciona con el formaldehído a temperaturas de alrededor de 1200 K para formar CaH, así como también CaOH y CaO. Esta reacción emite un brillo de color rojo anaranjado.
Propiedades
El momento dipolar de la molécula de CaH es 2,94 debye. [10] [11] Las constantes espectrográficas se han medido como longitud de enlace R e = 2,0025 Å, energía de disociación D e = 1,837 eV y frecuencia vibracional armónica ω e = 1298,34 cm −1 . [10] El potencial de ionización es 5,8 eV. [10] La afinidad electrónica es 0,9 eV. [10]
El estado fundamental es X 2 Σ + . [10]
Los estados electrónicos son: [12]
- 6σ 2 7σ X 2 Σ + [13]
- 6σ 2 3π A 2 Π
- 6σ28σB2Σ +
- 6σ 2 4π E 2 Π
- 6σ7σ2 D2 Σ +
Espectro
B 2 Σ, con ν'=0 ← X 2 Σ con ν"=0 634 nm (¿o es 690 nm?) [14] CaH fluoresce con luz de 634 nm dando emisiones de 690 nm. [9]
B 2 Σ + ← X 2 Σ + 585,8 nm a 590,2 nm. [15]
A +2 Π ← X 2 Σ + 686,2 a 697,8 nm [15]
Rama R12 [15]
Rama R2 [15]
La transición C 2 Σ + →X 2 Σ + está cerca del ultravioleta. [3]
Espectro de microondas
La energía necesaria para hacer girar la molécula de CaH desde su nivel más bajo hasta el primer nivel cuántico corresponde a una frecuencia de microondas, por lo que hay una absorción de alrededor de 253 GHz. Sin embargo, el espín de la molécula también se ve afectado por el espín de un electrón desapareado en el calcio y el espín del protón en el hidrógeno. El espín del electrón conduce a una división de la línea de aproximadamente 1911,7 MHz, y el espín relativo al espín del protón da como resultado una división hiperfina de la línea de aproximadamente 157,3 MHz. [16]
Reacciones
El CaH reacciona con el litio como un gas frío liberando 0,9 eV de energía y formando moléculas de LiH y átomos de calcio. [17]
Lectura adicional
- Calvin, Aaron T.; Janardan, Smitha; Condoluci, John; Rugango, Réne; Pretzsch, Eric; Shu, Gang; Brown, Kenneth R. (16 de marzo de 2018). "Espectroscopia rovibrónica de 40CaH enfriado simpáticamente". The Journal of Physical Chemistry A . 122 (12): 3177–3181. Bibcode :2018JPCA..122.3177C. doi :10.1021/acs.jpca.7b12823. hdl : 1853/60241 . PMID 29521505.
Referencias
- ^ Barbuy, B.; Schiavon, RP; Gregorio-Hetem, J.; Singh, PD; Batalha, C. (octubre de 1993). "Intensidad de las líneas de CaH en enanas frías". Serie de suplementos de astronomía y astrofísica . 101 (2): 409. Código Bibliográfico :1993A&AS..101..409B.
- ^ Fowler, A. (1907). "El espectro estriado del óxido de titanio". Actas de la Royal Society A . 79 (533): 509–18. Código Bibliográfico :1907RSPSA..79..509F. doi : 10.1098/rspa.1907.0059 .
- ^ abcd Frum, CI; HM Pickett (1993). "Espectroscopia de emisión por transformada de Fourier infrarroja de alta resolución de hidruros metálicos: estado X 2 Σ + de CaH". Journal of Molecular Spectroscopy . 159 (2): 329–336. Código Bibliográfico :1993JMoSp.159..329F. doi :10.1006/jmsp.1993.1130.
- ^ Olmsted, Charles M. (1908). "Bandas de manchas solares que aparecen en el espectro de un arco de calcio que arde en presencia de hidrógeno". Contribuciones del Observatorio Solar de la Institución Carnegie de Washington . 21 : 1–4. Bibcode :1908CMWCI..21....1O.
- ^ Hulthèn, E. (1 de enero de 1927). "Sobre el espectro de bandas del hidruro de calcio". Physical Review . 29 (1): 97–111. Bibcode :1927PhRv...29...97H. doi :10.1103/PhysRev.29.97.
- ^ Watson, William; Weber, Robert (1 de noviembre de 1935). "El sistema de banda E del hidruro de calcio". Physical Review . 48 (9): 732–734. Bibcode :1935PhRv...48..732W. doi :10.1103/PhysRev.48.732.
- ^ Öhman, Yngve (octubre de 1934). "Estudios espectrográficos en el rojo". Astrophysical Journal . 80 : 171. Bibcode :1934ApJ....80..171O. doi :10.1086/143595.
- ^ Bretislav Friedrich ; John M. Doyle (2009). "¿Por qué las moléculas frías son tan calientes?". ChemPhysChem . 10 (4): 604–623. doi :10.1002/cphc.200800577. PMID 19229896.
- ^ ab Doyle, John M.; Jonathan D. Weinstein; Robert deCarvalho; Thierry Guillet; Bretislav Friedrich (1998). "Atrapamiento magnético de moléculas de monohidruro de calcio a temperaturas de milikelvin". Nature . 395 (6698): 148–150. Bibcode :1998Natur.395..148W. doi :10.1038/25949. S2CID 38268509.
- ^ abcde Holka, Filip; Miroslav Urban (2006). "El momento dipolar y las propiedades moleculares de CaH: un estudio teórico". Chemical Physics Letters . 426 (4–6): 252–256. Bibcode :2006CPL...426..252H. doi :10.1016/j.cplett.2006.05.108.
- ^ Steimle, TC; Jinhai Chen; Jamie Gengler (8 de julio de 2004). "Los momentos dipolares eléctricos permanentes del monohidruro de calcio, CaH". La Revista de Física Química . 121 (2): 829–834. Código Bib :2004JChPh.121..829S. doi :10.1063/1.1759314. PMID 15260612.
- ^ Carnero, RS; Tereszchuk, K.; Gordon, es decir; Walker, KA; Bernath, PF (2011). "Espectroscopia de emisión por transformada de Fourier de la transición E 2 Π – X 2 Σ + de CaH y CaD". Revista de espectroscopia molecular . 266 (2): 86–91. Código Bib : 2011JMoSp.266...86R. doi :10.1016/j.jms.2011.03.009.
- ^ Gordon, I.; Ram, RS; Tereszchuk, K.; Walker, KA; Bernath, PF (1 de abril de 2011). "Espectroscopia de emisión por transformada de Fourier del sistema E2Π–X2Σ+ de CaH y CaD". Universidad Estatal de Ohio . hdl : 1811/49445 .
- ^ Berg, LE; L Klynning (1974). "Análisis rotacional de los sistemas de bandas AX y BX de CaH". Physica Scripta . 10 (6): 331–336. Bibcode :1974PhyS...10..331B. doi :10.1088/0031-8949/10/6/009. S2CID 250910373.
- ^ abcd Pereira, R.; S. Skowronek; A. González Ureña; A. Pardo; JML Poyato; AH Pardo (2002). "Espectros REMPI de CaH resueltos rotacionalmente en un haz molecular". Revista de espectroscopia molecular . 212 (1): 17-21. Código bibliográfico : 2002JMoSp.212...17P. doi : 10.1006/jmsp.2002.8531.
- ^ Barclay, WL Jr.; Anderson, MA; Ziurys, LM (1993). "El espectro de ondas milimétricas de CaH (X 2Σ+)". Astrophysical Journal Letters . 408 (1): L65–L67. Código Bibliográfico :1993ApJ...408L..65B. doi : 10.1086/186832 .
- ^ Singh, Vijay; Kyle S. Hardman; Naima Tariq; Mei-Ju Lu; Aja Ellis; Muir J. Morrison; Jonathan D. Weinstein (2012). "Reacciones químicas del litio atómico y el monohidruro de calcio molecular a 1 K". Physical Review Letters . 108 (20): 203201. Bibcode :2012PhRvL.108t3201S. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.203201 . hdl : 20.500.11937/20342 . PMID 23003146.
