Argonio

El argonio (también llamado catión hidruro de argón , ion hidruroargón(1+) o argón protonado ; fórmula química ArH ⁺ ) es un catión que combina un protón y un átomo de argón . Se puede producir mediante una descarga eléctrica y fue el primer ion molecular de gas noble que se encontró en el espacio interestelar. ^{[ 3 ]}

El argonio es isoelectrónico con el cloruro de hidrógeno . Su momento dipolar es de 2,18 D para el estado fundamental. ^{[ 4 ]} La energía de enlace es de 369 kJ mol ^{−1 [ 5 ]} (3,9 eV ^{[ 6 ]} ). Esta es menor que la de H ⁺ ₃ y muchas otras especies protonadas , pero mayor que la de H ⁺ ₂ . ^{[ 5 ]}    

Los tiempos de vida radiativos sin rotación de los diferentes estados vibracionales varían con el isótopo y se vuelven más cortos para las vibraciones de alta energía más rápidas:

La constante de fuerza en el enlace se calcula en 3,88  μN/nm ² . ^{[ 8 ]}

La afinidad protónica del argón es369 kJ/mol  , menor que la del dihidrógeno . ^{[ 5 ]} Esto convierte a ArH ⁺ en un superácido capaz de protonación exotérmica de H ₂ y diversas especies de radicales libres neutros .

• ArH ⁺ + H ₂ → Ar + H ⁺ ₃ ^{[ 5 ]}
• ArH ⁺ + C → Ar + CH ⁺
• ArH ⁺ + N → Ar + NH ⁺
• ArH ⁺ + O → Ar + OH ⁺
• ArH ⁺ + CO → Ar + COH ^{+ [ 5 ]}

Pero ocurre la reacción inversa:

• Ar + H ⁺ ₂ → ArH ⁺ + H. ^{[ 5 ]}
• Ar + H ⁺ ₃ → *ArH ⁺ + H ₂ ^{[ 5 ]}

Ar ⁺ + H ₂ tiene una sección transversal de 10 ⁻¹⁸  m ² para baja energía. Tiene una caída pronunciada para energías superiores a 100  eV ^{[ 9 ]} Ar + H ⁺ ₂ tiene un área de sección transversal de6 × 10 ⁻¹⁹  m ² para H ⁺ ₂ de baja energía , pero cuando la energía supera los 10  eV el rendimiento se reduce y se produce más Ar ⁺ y H _{2 en su lugar.} ^{[ 9 ]}

Ar + H ⁺ ₃ tiene un rendimiento máximo de ArH ⁺ para energías entre 0,75 y 1  eV con una sección transversal deSe necesitan 5 × 10 ⁻²⁰  m ² . 0,6  eV para que la reacción avance. Por encima de 4 eV comienzan a aparecer  más Ar ^{+ y H. [ 9 ]}

El argonio también se produce a partir de iones Ar ⁺ generados por rayos cósmicos y rayos X provenientes del argón neutro.

• Ar ⁺ + H ₂ → *ArH ⁺ + H ^{[ 5 ]} 1,49  eV ^{[ 6 ]}

Cuando ArH ⁺ se encuentra con un electrón, puede ocurrir una recombinación disociativa, pero es extremadamente lenta para electrones de menor energía, lo que permite que ArH ⁺ sobreviva durante mucho más tiempo que muchos otros cationes protonados similares.

• ArH ⁺ + mi ⁻ → Ar + H ^{[ 5 ]}

Debido a que el potencial de ionización de los átomos de argón es menor que el de la molécula de hidrógeno (a diferencia del helio o el neón), el ion argón reacciona con el hidrógeno molecular, mientras que los iones de helio y neón extraen un electrón de una molécula de hidrógeno. ^{[ 5 ]}

• Ar ⁺ + H ₂ → ArH ⁺ + H ^{[ 5 ]}
• Ne ⁺ + H ₂ → Ne + H ⁺ + H (transferencia de carga disociativa) ^{[ 5 ]}
• Él ⁺ + H ₂ → Él + H ⁺ + H ^{[ 5 ]}

^{El ArH +} artificial , obtenido a partir de argón terrestre, contiene principalmente el isótopo ^40Ar en lugar del 36Ar, que es abundante en el universo ^. Se produce artificialmente mediante una descarga eléctrica a través de una mezcla de argón e hidrógeno. ^{[ 10 ]} Brault y Davis fueron los primeros en detectar la molécula utilizando espectroscopia infrarroja para observar bandas de vibración-rotación. ^{[ 10 ]}

El espectro UV tiene dos puntos de absorción que provocan la ruptura del ion. La  conversión de 11,2 eV al estado B ¹ Π tiene un dipolo bajo y, por lo tanto, no absorbe mucho. Una conversión de 15,8  eV a un estado repulsivo A ¹ Σ ⁺ se encuentra a una longitud de onda más corta que el límite de Lyman , por lo que hay muy pocos fotones disponibles para realizar esta conversión en el espacio. ^{[ 5 ]}

El ArH ^{+ se encuentra en el gas} _de hidrógeno atómico difuso interestelar . Para que se forme argonio, la fracción de hidrógeno molecular H2 debe estar en el rango de 0,0001 a 0,001. Se forman diferentes iones moleculares en correlación con diferentes concentraciones de H2 _. El argonio se detecta mediante sus líneas de absorción a 617,525 GHz ( J = 1→0) y 1234,602 GHz ( J = 2→ ¹ ) . Estas líneas se deben a las transiciones rotacionales del isótopo 36Ar1H ^{+ .} Se han detectado líneas en la dirección del centro galáctico SgrB2 (M) y SgrB2 (N), G34.26+0.15, W31C (G10.62−0.39), W49 (N) y W51e ; sin embargo, donde se observan líneas de absorción, es poco probable que el argón esté en la fuente de microondas, sino en el gas que se encuentra frente a ella. ^{[ 5 ]} Se encuentran líneas de emisión en la Nebulosa del Cangrejo . ^{[ 6 ]}  

En la Nebulosa del Cangrejo, el ArH ⁺ aparece en varios puntos revelados por líneas de emisión. El lugar más intenso se encuentra en el Filamento Sur. Este es también el lugar con la mayor concentración de iones Ar ⁺ y Ar2 ^{+ . [ 6 ]} La densidad de columna de ArH ⁺ en la Nebulosa del Cangrejo está entre ^10¹² y 10¹³ ^átomos por centímetro cuadrado. ^{[ 6 ]} Es posible que la energía necesaria para excitar los iones y que luego puedan emitir provenga de colisiones con electrones o moléculas de hidrógeno. ^{[ 6 ]} Hacia el centro de la Vía Láctea, la densidad de columna de ArH ⁺ es de aproximadamente2 × 10 ¹³  cm ⁻² . ^{[ 5 ]}

Se sabe que dos isótopos de argón, ³⁶ ArH ⁺ y ³⁸ ArH ^{+, se encuentran en una galaxia distante sin nombre con un corrimiento al rojo de} z = 0,88582 (a 7.500  millones de años luz de distancia) que está en la línea de visión del blazar PKS 1830−211 . ^{[ 4 ]}

La neutralización electrónica y la destrucción del argón superan la tasa de formación en el espacio si la concentración de H ₂ es inferior a 1 en 10 ⁻⁴ . ^{[ 11 ]}

Utilizando el espectrómetro de transformada de Fourier solar McMath en el Observatorio Nacional de Kitt Peak , James W. Brault y Sumner P. Davis observaron por primera vez líneas infrarrojas de vibración-rotación de ArH ^{+ . [ 12 ]} JWC Johns también observó el espectro infrarrojo. ^{[ 13 ]}

El argón facilita la reacción del tritio (T₂ ₎ con los enlaces dobles de los ácidos grasos mediante la formación de un intermedio ArT⁺ (tritio argonio). ^{[ 14 ] Cuando} el oro se pulveriza con un plasma de argón-hidrógeno, el desplazamiento real del oro lo realiza ^ArH⁺ . ^{[ 15 ]}