Hidrogén-izocianid

Sablon:Chembox A hidrogén-izocianid szervetlen vegyület, képlete HNC. A hidrogén-cianid (HCN) tautomerje. Asztrokémiai fontosságát a csillagközi térben való gyakorisága okozza

Nevezéktan

A hidrogén-izocianid és az azanilidíniummetanid is a HNC helyes neve. Nincs preferált név. A második név a szubsztitutív nevezéktannak felel meg, és az azán (Sablon:Chem) és a metanid (Sablon:Chem) nevekből származik.

Jellemzők

A hidrogén-izocianid (HNC) lineáris háromatomos molekula C_∞v pontcsoport-szimmetriával Ikerionos vegyület, és a hidrogén-cianid (HCN) tautomerje. A HNC és a HCN dipólusmomentuma hasonló: ${\mu }_{\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{C}}=3,05\mathrm{D},{\mu }_{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}}=2,98\mathrm{D}.$ E nagy dipólusmomentum miatt könnyen észlelhetők e molekulák a csillagközi térben.

HNC–HCN tautoméria

Mivel a HNC energiája a HCN-nél 3920 cm⁻¹-nel (46,9 kJ/mol) nagyobb, ez alapján az egyensúlyi arány ${\left(\frac{[\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{C}]}{[\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}]}\right)}_{eq}\approx 10^{-25}$ lenne 100 K alatt. Azonban megfigyelések szerint ${\left(\frac{[\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{C}]}{[\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}]}\right)}_{obs}$ sokkal nagyobb 10⁻²⁵-nél – hideg környezetben akár 1 közelében is lehet. Ez azért van, mert a tautomerizáció aktivációs energiája közel Sablon:Szám cm⁻¹, mely a HNC semleges-semleges reakciók általi megsemmisítését okozó hőmérsékletet jelent.

Spektrum

A gyakorlatban a HNC gyakran a mintegy 90,66 GHz-en történő $J=1\to 0$ átmenettel figyelhető meg. Ez a rádiósávhoz tartozik, így a HNC igen egyszerűen megfigyelhető. Sok hasonló molekula, például a HCN is nagyjából e sávban figyelhető meg.

Jelentősége a csillagközi térben

A HNC számos más fontos anyag keletkezéséhez és bomlásához kapcsolódik a HCN-en, a protonált hidrogén-cianidon (Sablon:Chem) és a cianidon kívül. A HNC számos más vegyület mennyiségéhez is kapcsolódik. Így a HNC megértése számos más vegyület megértéséhez vezet – a HNC fontos a csillagközi kémiában.

Ezenkívül a HNC és a HCN gyakori nyomjelző a molekuláris felhőkben. A gravitációs összeomlás vizsgálatára való használhatóság mellett a HNC-mennyiséggel (más nitrogéntartalmú molekulákhoz képest) a presztelláris magok állapota is meghatározható.

A Sablon:Chem/HNC arány gázsűrűségmérésre is használható. Ez az (ultra)fényes infravörös galaxisok ((U)LIRG) keletkezésének megismerését is lehetővé teszi, mivel a környezetről, a csillagkeletkezésről és a fekete lyukak működéséről is információt ad. Ezenkívül a HNC/HCN arány lehetővé teszi foto- és röntgendisszociációs régiók megkülönböztetését: előbbiben [HNC]/[HCN] nagyjából 1, utóbbiban 1-nél nagyobb.

A HNC tanulmányozása viszonylag egyszerű. Azon kívül, hogy a $J=1\to 0$ átmenete az atmoszférikus sávban van, valamint számos izotopomerje és nagy dipólusmomentuma van, a HNC egyszerű molekula. Így a létrejöttét és bomlását okozó reakció-útvonalak tanulmányozása az űrbéli reakciók megismerésének jó módszere. Ezenkívül a HNC–HCN tautomerizáció összetettebb izomerizációk modellje is.

A csillagközi térben

A HNC elsősorban sűrű molekuláris felhőkben található, de gyakori a csillagközi térben. Gyakorisága más nitrogénvegyületek gyakoriságához kapcsolódik. A HNC elsősorban Sablon:Chem és Sablon:Chem disszociatív rekombinációjával keletkezik, illetve [[protonált molekuláris hidrogén|Sablon:Chem]] és Sablon:Chem ionokkal való ion-semleges reakciókkal bomlik. A sebességszámítások 3,16Sablon:E évnél (korai univerzum) és 20 K-en (a sűrű molekulafelhők jellemző hőmérséklete) történtek.

Keletkezés
1. reagens	2. reagens	1. termék	2. termék	Sebességi állandó	Sebesség/[[[:Sablon:Chem]]]2	Relatív sebesség
Sablon:Chem	e−	HNC	H	9,50Sablon:E	4,76Sablon:E	3,4
Sablon:Chem	e−	HNC	H	1,80Sablon:E	1,39Sablon:E	1,0
Bomlás
1. reagens	2. reagens	1. termék	2. termék	Sebességi állandó	Sebesség/[[[:Sablon:Chem]]]2	Relatív sebesség
Sablon:Chem	HNC	Sablon:Chem	Sablon:Chem	8,10Sablon:E	1,26Sablon:E	1,7
Sablon:Chem	HNC	Sablon:Chem	H	3,10Sablon:E	7,48Sablon:E	1,0

E 4 reakció csak a 4 legjellemzőbb, így a 4 legjelentősebb HNC-mennyiségek kialakulásában – több tucat további reakció vesz részt a HNC keletkezésében és bomlásában. Bár e reakciók elsősorban protonált molekulákat adnak, a HNC számos más nitrogéntartalmú molekula, például az Sablon:Chem és a CN mennyiségéhez is kapcsolódik. A HNC mennyisége szorosan kötődik a HCN-éhez, és a kettő környezettől függő arányban létezik, mivel a HNC-t létrehozó reakciók a körülményektől függően HCN-t is létrehozhatnak, illetve a két molekula egymásba át tud alakulni.

Észlelés

A HCN-t (nem a HNC-t) először L. E. Snyder és D. Buhl észlelték a National Radio Astronomy Observatory 11 m-es rádióteleszkópjával. A fő izotopomert (HSablon:ChemSablon:Chem) $J=1\to 0$ átmenete révén észlelték 88,6 GHz-en 6 különböző forrásból (W3 (OH), Orion A, Sgr A (NH3A), W49, W51, DR 21 (OH)). Egy másik izotopomert, a HSablon:ChemSablon:Chem-t 86,3 GHz-en történő $J=1\to 0$ átmenete révén észlelték az Orion A-ban és a Sgr A (NH3A)-ban. Az extragalaktikus HCN-t 1988-ban az IRAM 30-m révén észlelték C. Henkel és társai a spanyolországi Pico de Veletán az IC 342-nél 90,7 GHz-en lévő $J=1\to 0$ átmenete révén.

Számos észlelés történt a [HNC]/[HCN] arányának hőmérsékletfüggésének megerősítésekor. A hőmérséklet és a koncentrációarány összekapcsolása lehetővé teszi az arány spektroszkópiai észlelését, így az anyag környezetének megismerését is. A HNC és HCN eltérő izotopomerjeinek gyakoriságaránya az OMC-1-en a melegebb és hidegebb részek közt több mint egy nagyságrenddel eltér. 1992-ben a HNC, HCN és ezek deutériumos megfelelői OMC-1-nél lévő koncentrációit Schilke és társai megmérték, megerősítve a koncentrációarány hőmérsékletfüggését. A W 3 molekulafelhő 1997-es felmérése több mint 14 molekula több mint 24 izotopomerjét mutatta ki, például a HNC-t, a HNSablon:Chem-t és a HSablon:ChemC-t. Ez megerősítette a koncentrációarányt, ez azonban az izotopomerek arányát is megerősítette.

Ezek nem az egyetlen HNC-észlelések a csillagközi térben. 1997-ben HNC-t észleltek a TMC-1-en, ahol Sablon:Chem-hoz viszonyított koncentrációaránya állandónak bizonyult – így feltehetően a HNC a Sablon:Chem-ból származik. Egy 2006-os észlelés a HNC-megfigyelés gyakorlati hasznát mutatta be, ahol számos nitrogénvegyületet (például HNSablon:Chem és HSablon:ChemC) használtak a Cha-MMS1 presztelláris mag állapotának meghatározására a koncentrációarány alapján.

2014. augusztus 11-én hasonló kutatások jelentek meg az Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) első használatakor, melyek a HCN, a HNC, a [[formaldehid|Sablon:Chem]] és a por arányát mutatták be a Lemmon és az ISON üstökösök kómáiban.

Források

• Hydrogen isocyanide on NIST Chemistry WebBook