Positroniumhydrid , auch Wasserstoffpositrid genannt [ 3 ], ist ein exotisches Molekül, bestehend aus einem Wasserstoffatom und einem Positroniumatom (einer Kombination aus Elektron und Positron). Seine Formel lautet PsH . Seine Existenz wurde 1951 von A. Ore vorhergesagt [ 3 ] und anschließend theoretisch untersucht, aber erst 1990 beobachtet. R. Pareja und R. Gonzalez aus Madrid fingen Positronium in wasserstoffbeladenen Magnesiumoxidkristallen ein . Die Falle wurde von Yok Chen vom Oak Ridge National Laboratory hergestellt [ 4 ] . In diesem Experiment wurden die Positronen thermalisiert, sodass sie sich nicht mit hoher Geschwindigkeit bewegten, und reagierten dann mit H⁻ - Ionen im Kristall [ 5 ] . 1992 wurde es in einem Experiment von David M. Schrader, F. M. Jacobsen und anderen an der Universität Aarhus in Dänemark erzeugt . Die Forscher stellten die Positroniumhydrid-Moleküle her, indem sie Methan , das die höchste Dichte an Wasserstoffatomen aufweist, mit intensiven Positronenimpulsen beschossen . Beim Abbremsen wurden die Positronen von gewöhnlichen Elektronen eingefangen, wodurch Positroniumatome entstanden, die anschließend mit Wasserstoffatomen aus dem Methan reagierten. [ 6 ]

Verfall

PsH besteht aus einem Proton, zwei Elektronen und einem Positron. Die Bindungsenergie beträgt1,1 ± 0,2 eV . Die Lebensdauer des Moleküls beträgt0,65  Nanosekunden . Die Lebensdauer von Positroniumdeuterid (PsD-Molekül, bestehend aus einem Deuteriumatom und Positronium) ist von der des normalen Hydrids nicht zu unterscheiden. [ 5 ]

Der Zerfall von Positronium lässt sich leicht beobachten, indem man die beidenBeim Zerfall werden Gammastrahlenphotonen mit einer Energie von 511 keV emittiert. Die Energie der Photonen aus Positronium sollte sich geringfügig um die Bindungsenergie des Moleküls unterscheiden. Dies konnte jedoch bisher nicht nachgewiesen werden. [ 3 ]

Eigenschaften

PsH ist ein zweiatomiges Molekül mit einer chemischen Bindung zwischen den beiden positiv geladenen Zentren. Die Elektronen sind stärker um das Proton konzentriert. [ 2 ] Die Vorhersage der Eigenschaften von PsH ist ein Vierkörper-Coulomb-Problem. Berechnungen mit der stochastischen Variationsmethode ergaben, dass das Molekül größer ist als Dihydrogen , dessen Bindungslänge …0,7413  Å . [ 7 ] In PsH sind Positron und Proton im Mittel getrennt durch3,66  a 0 (1,94 Å ). Das Positronium im Molekül ist im Vergleich zum Positroniumatom aufgequollen und vergrößert sich auf3,48 a 0 im Vergleich zu3 a 0 . Der mittlere Abstand der Elektronen vom Proton ist größer als beim Dihydrogenmolekül, bei2,31 a 0 mit der maximalen Dichte bei2.8 a 0 . [ 3 ]

Bildung

Aufgrund seiner kurzen Lebensdauer ist die Aufklärung der Chemie von Positroniumhydrid schwierig. Theoretische Berechnungen können Ergebnisse vorhersagen. Ein Bildungsmechanismus ist die Reaktion von Alkalimetallhydriden mit Positronen. Moleküle mit Dipolmomenten größer als …Es wird vorhergesagt, dass Moleküle mit einer Energie von 1,625  D Positronen anziehen und in einem gebundenen Zustand halten. Das Crawford-Modell sagt diesen Positroneneinfang voraus. Im Fall von Lithiumhydrid- , Natriumhydrid- und Kaliumhydrid- Molekülen zerfällt dieses Addukt, wobei Positroniumhydrid und das entsprechende Alkalimetallion entstehen. [ 8 ]

M + H − + e + → PsH + M +

Ähnliche Verbindungen

PsH ist eine einfache exotische Verbindung . Weitere Positroniumverbindungen sind durch die Reaktionen e⁺ + AB → PsA + B⁺ möglich . [ 9 ] Zu den weiteren Substanzen, die Positronium enthalten, gehören Di-Positronium und das zweifach elektronenbehaftete Ion Ps⁻ . Moleküle von Ps in normaler Materie sind beispielsweise Halogenide und Cyanid. [ 2 ]

Positroniumantihydrid (Ps₂H₂ ) enthält Antiwasserstoff anstelle von Wasserstoff. Es kann als Antihydrid-Ion ( H₂) hergestellt werden.+) reagiert mit Positronium (Ps)

H+ + Ps → Ps H + e+

Das GBAR-Experiment nutzt die ähnliche Reaktion H + Ps → H+ + e–Dabei kann kein Positroniumantihydrid entstehen, da zu viel Energie übrig bleibt, als dass Positroniumantihydrid stabil sein könnte. [ 10 ]

Referenzen

  1. ^ "Positroniumhydrid" . ebi.ac.uk. Archiviert vom Original am 3. April 2018. Abgerufen am 21. Juli 2017 .
  2. ^ a b c Saito, Shiro L. (2000). „Ist Positroniumhydrid ein Atom oder ein Molekül?“. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 171 ( 1–2 ) : 60–66 . Bibcode : 2000NIMPB.171...60S . doi : 10.1016/s0168-583x(00)00005-7 .
  3. Usukura , J.; K. Varga; Y. Suzuki (22. April 1998). „ Signatur für die Existenz des Positroniummoleküls“. Physical Review A. 58 ( 3 ) : 1918. arXiv : physics/9804023 . Bibcode : 1998PhRvA..58.1918U . doi : 10.1103/PhysRevA.58.1918 . S2CID 11941483 . 
  4. ^ „Erfolge im Geschäftsjahr 1992 – Beobachtung einer außergewöhnlichen chemischen Verbindung“ (PDF) . S. 9.
  5. ^ a b Monge, MA; R. Pareja; R. González; Y. Chen (1996). „Positroniumdeuterid und -hydrid in MgO-Kristallen“ . Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry . 211 (1): 23–29 . Bibcode : 1996JRNC..211...23M . doi : 10.1007/BF02036251 . ISSN 0236-5731 . S2CID 96576192 .  
  6. ^ Schrader, DM; Jacobson, Finn M.; Niels-Peter, Niels-Peter; Mikkelsen, Ulrik (1992). „Bildung von Positroniumhydrid“. Briefe zur körperlichen Untersuchung . 69 (1): 57–60 . Bibcode : 1992PhRvL..69...57S . doi : 10.1103/PhysRevLett.69.57 . PMID 10046188 . 
  7. ^ „Bindungslängen und Dissoziationsenthalpien zweiatomiger Moleküle“ . National Physics Laboratory Kaye und Laby Tabellen physikalischer und chemischer Konstanten.
  8. ^ Oyamada, Takayuki; Masanori Tachikawa (2014). „Mehrkomponenten-Molekülorbitalstudie zur Positronenanlagerung an Alkalimetallhydridmoleküle: Natur der chemischen Bindung und Dissoziationsgrenzen von [LiH; e+]“. The European Physical Journal D. 68 ( 8): 231. Bibcode : 2014EPJD...68..231O . doi : 10.1140/epjd/e2014-40708-4 . ISSN 1434-6060 . S2CID 119703798 .  
  9. ^ Schrader, DM (1992). „Positroniumhydridbildung bei Kollisionen von Positronen mit molekularem Wasserstoff“. Theoretica Chimica Acta . 82 (5): 425–434 . doi : 10.1007/BF01113943 . ISSN 0040-5744 . S2CID 95698790 .  
  10. ^ Froelich, Piotr (30. Juli 2023). Bildung von Postronium-Antihydrid-Molekülen bei niederenergetischen 5-Körper-Kollisionen . 25. Europäische Konferenz über Wenigkörperprobleme in der Physik.

Weiterführende Lektüre