Молекулярний іон водню — найпростіший двоатомний іон H2+, утворюється внаслідок іонізації молекули водню. У молекулярному іоні H2+ утворюється одноелектронний хімічний зв'язок з відстанню dHH = 1,07 Å. Одноелектронний зв'язок слабший (енергія розриву 61 ккал/моль), ніж звичайний двоелектронний зв'язок у нейтральній молекулі водню (dHH = 0,74Å, енергія розриву 104 ккал/моль). Розрахунки залежностей повної енергії та її компонент від між'ядерної відстані для найпростішої структури з хімічним зв'язком — молекулярного іона водню H2+ з одноелектронним зв'язком — показують, що мінімум повної енергії, який досягається за рівноважної між'ядерної відстані і дорівнює 1,06 Å, пов'язаний із різким зниженням потенціальної енергії електрона внаслідок концентрації та стиснення хмари електронної густини в між'ядерній областіХимический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. — 1983, С. 645.
Можна уявити утворення іону H2+ як результат реакції атома водню та протона:
або іонізації молекули водню
Також молекулярним іоном водню можна вважати молекулу H3+, яка порівняно стійка і утворюється за схемою
або за бімолекулярною реакцією через збуджений іон водню H4+:
Молекулярний іон водню H2+ містить два протони, заряджених додатно, і один електрон, заряджений від'ємно. Єдиний електрон компенсує електростатичне відштовхування двох протонів та утримує їх на відстані dHH = 1,06 Å. Центр електронної густини електронної хмарки (орбіталі) рівновіддалений від обох протонів на борівський радіус α0 = 0,53 Å і є центром симетрії молекулярного іона водню H2+.
Молекулярний іон водню H3+ містить три протони та два електрони. Електростатичне відштовхування трьох протонів компенсують два електрони. Методом показано, що протони молекулярного іону водню H3+ містяться у вершинах рівностороннього трикутника з між'ядерною відстанню 1,25±0,2Å. Точного розв'язку хвильового рівняння Шредінгера, що описує поведінку електронів для систем, які містять два електрони, не існує. Широко використовувана наближена теорія молекулярних орбіталей не враховує кулонівської електронної кореляції — електростатичного відштовхування електронів. Можна вважати, що при врахуванні кулонівської електронної кореляції центри електронної густини будуть рівновіддаленими один від одного, а також рівновіддалені від ядер молекулярного іона водню H3+. У центрі молекулярного графа H3+ існує «кулонівська дірка». У молекулярному іоні H3+ реалізується двоелектронний трицентровий хімічний зв'язок.
Посилання Сайт Уфімського кванто-хімічного товариства. Лекція № 13 «Електронна кореляція»
Див. також Електронна густина Одноелектронний хімічний зв'язок Двоелектронний трицентровий зв'язок W-функція Ламберта Молекула водню
Примітки