Metánium
Sablon:Chembox A metánium összetett kation, képlete Sablon:Chem (metastabil átmeneti változat, ahol a szénatom kovalensen kötődik 5 hidrogénhez) vagy Sablon:Chem (fluxiós változat, ahol egy szénatom kovalensen kötődik 3 hidrogénatomhoz és egy hidrogénmolekulához), töltése +1. Szupersav és egyike az óniumionoknak, ezen belül is a legegyszerűbb karbóniumion.
Erősen instabil és reaktív a teljes oktett ellenére, így szupersav.
A metánium laboratóriumban ritka gázként vagy szupersavakban híg oldatként állítható elő. 1950-ben állították elő Viktor Talroze és társa, Anna Konsztantyinovna Ljubimova, a tanulmányt 1952-ben közölték.[1][2] Kémiai reakciókban köztitermékként fordul elő.
A metániumion a metánról (Sablon:Chem) kapta nevét az ammóniumion (Sablon:Chem) mintájára.
Szerkezet
A fluxiós metánium tekinthető Sablon:Chem (metil katon dihidrogénkomplexének az üres pályán 3 központú 2 elektronos kötésben: a kötő elektronpárt a Sablon:Chem megosztja a két H-atom és a szén közt.[3]
A hidrogénmolekula két hidrogénatomja a Sablon:Chem ion 3 hidrogénatomjával folyamatosan, alacsony aktivációs energiával, így alacsony hőmérsékleten is helyet cserélhet (pszeudorotáció, egész pontosan a Berry-mechanizmus). Az alapállapotú metániumion így fluxiós molekula.[4][5]
Infravörös spektroszkópia révén információ szerezhető a különböző metániumkonformációkról.[6][7][8] A metán IR spektruma két C–H sávval rendelkezik szimmetrikus és aszimmetrikus nyúlással 3000 cm−1-nél és 2 másikkal 1400 cm−1-nél szimmetrikus és aszimmetrikus hajlási vibrációkból. A Sablon:Chem spektruma 3 aszimmetrikus nyúlási vibrációt tartalmaz 2800-3000 cm−1-nél, egy szögváltozásival 1300 cm−1-nél és hajlásival 1100-1300 cm−1-nél.
Előállítás
A metánium metánból állítható elő nagyon erős savakkal, például fluor-antimonsavval (hidrogén-fluoridos (HF) antimon-pentafluorid- (Sablon:Chem-) oldat).[9]
Nagyjából 270 Pa nyomáson standard hőmérsékleten a metánion (Sablon:Chem) reagál a semleges metánnal metániumot és metilgyököt adva:[10]
Stabilitás és reakciók
A metán Sablon:Chem és HF reakciójával kapott kationokat, például a metániumot stabilizálják a HF-dal való interakciók.
Alacsony nyomáson (1 mmHg körül) és normál hőmérsékleten a metánium nem reagál a semleges metánnal.[10]