Idrogenonio

Il catione idrogenonio.

Il catione idrogenonio, H₃⁺, è uno degli ioni più abbondanti nell'universo. Sebbene sia meno stabile dei suoi costituenti, H₂ e H⁺, continua ad esistere grazie alla scarsissima densità di materia negli spazi interstellari, e non può dunque trasferire parte della sua energia ad un altro atomo o molecola. Se si decomponesse spontaneamente, violerebbe il principio di conservazione del momento angolare.

H₃⁺ ha la forma di un triangolo equilatero. I suoi due elettroni sono divisi fra i tre protoni. La forma degli orbitali è simile a quella scoperta dal modello di Walsh nel ciclopropano.

Le righe di emissione di H₃⁺ sono state identificate nell'atmosfera di Giove e in numerose nebulose.

Formazione

La formazione di H₃⁺ avviene tramite la seguente reazione:

H₂⁺ + H₂ → H₃⁺ + H

La concentrazione di H₂⁺ è il fattore che limita questa reazione. H₃⁺ può infatti formarsi soltanto negli spazi interstellari quando un raggio cosmico o una radiazione abbastanza energetica ionizza la molecola di idrogeno H₂.

H₂ + raggio cosmico → H₂⁺ + e^- + raggio cosmico

Il raggio cosmico, come si vede nella reazione, ha talmente tanta energia che quella ceduta per ionizzare la molecola di idrogeno è sostanzialmente trascurabile. Nelle nubi interstellari, i raggi cosmici si lasciano dietro una traccia di H₂⁺ e, di conseguenza, di H₃⁺.

Reazioni e distruzione

Esistono parecchie reazioni di distruzione dello ione H₃⁺; in sostanza reagisce praticamente con qualsiasi altra molecola con cui entri in collisione. Il composto più abbondante in assoluto nello spazio è H₂, tuttavia la reazione che coinvolge i due composti è soltanto uno scambio di protoni:

H₃⁺ + H₂ → H₂ + H₃⁺

Questa reazione è importante soprattutto per i suoi effetti sul rapporto orto/para di H₃⁺, o per il rapporto tra l'idrogenonio con momento angolare di spin 3/2 e quello con momento 1/2.
Un'altra reazione importante è quella con la seconda molecola più abbondante, CO.

H₃⁺ + CO → HCO⁺ + H₂

HCO⁺ è un composto importante per la chimica interstellare. Il suo forte momento di dipolo e la sua abbondanza lo rendono facilmente rintracciabile dalla radioastronomia.
H₃⁺ può anche reagire con l'ossigeno atomico secondo:

H₃⁺ + O → OH⁺ + H₂

Questo è l'inizio di quella che si pensa possa essere la reazione principale di formazione di acqua dall'ossigeno degli spazi interstellari, e dunque ciò che ha dato origine all'acqua presente sulla Terra.

H₃⁺ può essere distrutto anche da un processo chiamato ricombinazione dissociativa. Tale reazione decorre in modi differenti, portando anche a prodotti diversi. Quello che avviene nel 75% dei casi è la formazione di tre atomi di idrogeno, mentre nel restante 25% delle volte si producono H₂ e H.

Voci correlate

• Atmosfera di Giove
• Mezzo interstellare

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Collegamenti esterni

• (EN) H₃⁺ Resource Center, su h3plus.uiuc.edu.
• (EN) Astrochemistry.net.