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수소화 포지트로늄

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목차

1. 개요

수소화 포지트로늄(PsH)은 양성자 1개, 전자 2개, 양전자 1개로 구성된 불안정한 분자이다. 이 분자는 붕괴 시 511 keV 감마선 광자 2개를 방출하며, 수명은 약 0.65 나노초이다. 수소화 포지트로늄은 알칼리 금속 수소화물을 양전자와 반응시켜 형성할 수 있으며, 이종 화합물로서 이중 포지트로늄, Ps− 이온, 할로겐화물, 시안화물 등의 다른 포지트로늄 화합물도 존재한다. 또한, 수소 대신 반수소를 포함하는 포지트로늄 반수소화물(PsH̄)도 존재한다.

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수소화 포지트로늄 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
포지트로늄화 수소 3D 모델
포지트로늄화 수소 다이어그램
IUPAC 명칭포지트로늄화 수소
식별 정보
ChEBI46711
SMILES[Ps][H]
특성
화학식PsH
몰 질량1.00794
외형기체일 가능성 높음
구조
분자 모양이원자 분자

2. 붕괴

수소화 포지트로늄(PsH)은 양성자 1개, 전자 2개, 양전자 1개로 구성된다.[20][4] 결합 에너지는 1.1±0.2 eV이다.[20][4] 수소화 포지트로늄은 불안정하여 붕괴하는데, 붕괴 시 두 개의 511 keV 감마선 광자를 방출한다.[21][6] 이 광자들을 측정하여 붕괴를 관찰할 수 있다.[21][6] 붕괴 과정에서 방출되는 광자의 에너지는 분자의 결합 에너지에 의해 약간 달라져야 하지만, 아직 검출되지는 않았다.[21][6] 수소화 포지트로늄의 수명은 0.65 나노초이며, 포지트로늄 중수소화물의 수명도 이와 유사하다.[20][4]

2. 1. 붕괴 과정

수소화 포지트로늄은 붕괴하면서 두 개의 511keV 감마선 광자를 방출하며, 이 광자들을 측정하여 붕괴를 관찰할 수 있다.[21][6] 붕괴 과정에서 방출되는 광자의 에너지는 분자의 결합 에너지에 의해 약간 달라져야 하지만, 아직 검출되지는 않았다.[21][6]

2. 2. 수명

수소화 포지트로늄(PsH)은 하나의 양성자, 두 개의 전자, 그리고 하나의 양전자로 구성된다.[20][4] 결합 에너지는 1.1±0.2 eV이다.[20][4] 분자의 수명은 0.65 나노초이다.[20][4] 포지트로늄 중수소화물(PsD)의 수명도 이와 유사하다.[20][4]

포지트로늄의 붕괴는 붕괴에서 방출되는 두 개의 511 keV 감마선 광자를 측정함으로써 쉽게 관찰된다.[21][6] 포지트로늄이 방출하는 광자의 에너지는 분자의 결합 에너지에 의해 약간 달라져야 하지만, 이는 아직 검출되지 않았다.[21][6]

3. 특성

수소화 포지트로늄의 구조는 이원자 분자이며, 두 개의 양전하 중심 사이에 화학 결합을 가진다.[22][10] 전자는 양성자 쪽에 더 집중된다.[22][10]

수소화 포지트로늄 특성의 예측은 4체 쿨롱 문제이다.[23] 확률적인 변분법으로 계산한 결과, 분자의 크기는 수소 분자보다 크다.[7] 양전자와 양성자는 평균적으로 3.66a0(1.94 Å) 떨어져 있다.[6] 포지트로늄 원자에 비해 분자 속에 존재하는 포지트로늄은 크기가 3.48a0으로 원래의 3a0보다 부풀러져 있다.[6][23] 전자와 양성자의 평균 거리는 수소 분자보다 크다. 이는 2.31 a0이며 2.8au에서 최대 밀도를 가진다.[6][23]

3. 1. 구조

수소화 포지트로늄의 구조는 이원자 분자이며, 두 개의 양전하 중심 사이에 화학 결합을 가진다.[22][10] 전자는 양성자 주변에 더 집중되는 경향을 보인다.[22][10]

수소화 포지트로늄 특성 예측은 4체 쿨롱 문제이다. 확률적인 변분법으로 계산한 결과, 분자의 크기는 수소 분자보다 크다.[22] 양전자와 양성자는 평균적으로 3.66a0(1.94 Å) 떨어져 있다. 포지트로늄 원자에 비해 분자 속에 존재하는 포지트로늄은 크기가 3.48a0으로 원래의 3a0보다 부풀러져 있다. 전자와 양성자의 평균 거리는 수소분자보다 크다. 이는 2.31 a0이며 2.8au에서 최대 밀도를 가진다.[23][6]

3. 2. 크기 및 형태

수소화 포지트로늄의 구조는 이원자 분자이며, 두 개의 양전하 중심 사이에서 화학 결합을 가진다.[22] 전자는 양성자 쪽에 더 집중된다.[22][10] 수소화 포지트로늄 특성의 예측은 4체 쿨롱 문제이다.[23] 확률적인 변분법으로 계산한 결과, 분자의 크기는 수소 분자보다 크다.[7] 양전자와 양성자는 평균적으로 3.66a0(1.94 Å) 떨어져 있다.[6] 포지트로늄 원자에 비해 분자 속에 존재하는 포지트로늄은 크기가 3.48a0으로 원래의 3a0보다 부풀러져 있다.[6][23] 전자와 양성자의 평균 거리는 수소 분자보다 크다. 이는 2.31 a0이며 2.8au에서 최대 밀도를 가진다.[6][23]

3. 3. 이론적 계산

수소화 포지트로늄의 성질 예측은 4체 쿨롱 문제로 다루어진다.[10][22] 확률 변분법을 사용하면 분자의 크기 및 결합 길이를 계산할 수 있다.[7] 계산 결과, 분자의 크기는 이수소 분자보다 크다.[7][23] 양전자와 양성자는 평균 3.66a0(1.94 Å) 떨어져 있다.[6][23] 포지트로늄 원자에 비해 분자 속에 존재하는 포지트로늄은 3.48a0으로 크기가 부풀어 있다.[6][23] 전자와 양성자의 평균 거리는 2.31 a0이며 2.8au에서 최대 밀도를 가진다.[6][23] 전자는 양성자 주변에 더 집중되는 경향을 보인다.[10][22]

4. 형성

수소화 포지트로늄은 수명이 짧아 화학적 특성을 규명하기 어렵지만, 이론적 계산을 통해 예측할 수 있다. 수소화 포지트로늄을 형성하는 방법 중 하나는 알칼리 금속 수소화물을 양전자와 반응시키는 것이다.[24][8]

:M+H− + e+ → PsH + M+

1.625 debye보다 큰 분자 쌍극자 모멘트를 가진 분자는 양전자를 끌어당겨 결합 상태로 유지할 수 있다. 크로포드의 모델은 이러한 양전자 포획을 예측한다. 수소화 리튬, 수소화 나트륨, 수소화 칼륨 분자의 경우, 이 부가물은 분해되어 수소화 포지트로늄과 알칼리 양이온이 형성된다.[24][8]

4. 1. 형성 방법

수소화 포지트로늄은 수명이 짧아 화학적 특성을 규명하기 어렵지만, 이론적 계산을 통해 예측이 가능하다. 수소화 포지트로늄을 형성하는 방법 중 하나는 알칼리 금속 수소화물을 양전자와 반응시키는 것이다.[24][8]

:M+H− + e+ → PsH + M+

1.625 디바이보다 큰 분자 쌍극자 모멘트를 가진 분자는 양전자를 끌어당겨 결합 상태로 유지할 수 있다. 크로포드의 모델은 이러한 양전자 포획을 예측한다. 수소화 리튬, 수소화 나트륨, 수소화 칼륨 분자의 경우, 이 부가물은 분해되어 수소화 포지트로늄과 알칼리 양이온이 형성된다.[24][8]

4. 2. 반응 메커니즘

수소화 포지트로늄은 수명이 짧아 화학적 특성을 확립하기 어렵지만, 이론적인 계산을 통해 반응 메커니즘을 예측할 수 있다. 한 가지 방법은 알칼리 금속 수소화물을 양전자와 반응시키는 것이다.[24][8] 1.625 debye보다 큰 분자 쌍극자 모멘트를 가진 분자는 양전자를 끌어당겨 결합 상태로 유지할 수 있는데, 크로포드의 모델은 이러한 양전자 포획을 예측한다.[8] 수소화 리튬, 수소화 나트륨, 수소화 칼륨 분자의 경우, 이 첨가물은 분해되어 수소화 포지트로늄과 알칼리 양이온이 형성된다.[24][8]

:M+H− + e+ → PsH + M+

5. 유사 화합물

수소화 포지트로늄(PsH)은 간단한 이종 화합물이다.[9] 다른 포지트로늄 화합물은 e+ + AB → PsA + B+ 반응으로 생성될 수 있다.[25][9] 포지트로늄을 포함하는 다른 물질로는 이중 포지트로늄과 두 개의 전자를 가진 이온 Ps−가 있다. 일반 물질과의 Ps 분자에는 할로겐화물과 시안화물이 있다.[26][10]

5. 1. 다른 포지트로늄 화합물

수소화 포지트로늄은 간단한 이종 화합물이다.[9] 포지트로늄의 다른 화합물은 e+ +AB → PsA+B+을 통해 형성이 가능하다.[25][9] 포지트로늄을 포함하는 다른 물질은 이중 포지트로늄 고 두개의 전자를 가지는 이온 Ps−이 있다. 일반적인 물질과 Ps의 분자는 할로겐화물과 시안화물이 있다.[26][10]

포지트로늄 반수소화물(Ps)은 수소 대신 반수소를 포함한다. 반수소화물 이온(+)이 포지트로늄(Ps)과 반응하여 만들 수 있다.

:+ + Ps → Ps + e+

GBAR 실험은 + Ps → + + e− 와 유사한 반응을 사용하지만, 포지트로늄 반수소화물을 생성할 수 없다. 포지트로늄 반수소화물이 안정적으로 존재하기에는 남은 에너지가 너무 많기 때문이다.[11]

5. 2. 포지트로늄 반수소화물

포지트로늄 반수소화물(PsH̄)은 수소 대신 반수소를 포함하는 화합물이다.[11] 반수소화물 이온(H̄+)과 포지트로늄(Ps)의 반응으로 만들 수 있다.[11]

:H̄+ + Ps → PsH̄ + e+

GBAR 실험에서는 H̄ + Ps → H̄+ + e-와 유사한 반응을 사용하지만, 남은 에너지가 너무 많아 포지트로늄 반수소화물을 안정적으로 생성할 수 없다.[11]

참조

[1] 웹사이트 positronium hydride http://www.ebi.ac.uk[...] 2017-07-21
[2] 논문 Signature of the existence of the positronium molecule
[3] 웹사이트 FY 1992 Accomplishments - "Out of This World" Chemical Compound Observed http://science.energ[...]
[4] 논문 Positronium deuteride and hydride in MgO crystals https://zenodo.org/r[...]
[5] 논문 Formation of Positronium Hydride
[6] 논문 Signature of the existence of the positronium molecule 1998-04-22
[7] 웹사이트 Bond lengths and dissociation enthalpies of diatomic molecules http://www.kayelaby.[...] National Physics Laboratory Kaye and Laby tables of physical and chemical constants
[8] 논문 Multi-component molecular orbital study on positron attachment to alkali-metal hydride molecules: nature of chemical bonding and dissociation limits of [LiH; e+]
[9] 논문 Positronium hydride formation in collisions of positrons with molecular hydrogen
[10] 논문 Is Positronium Hydride Atom or Molecule?
[11] 간행물 Formation of the postronium antihydride molecules in low energy, 5-body collisions https://indico.him.u[...] 2023-07-30
[12] arxiv Signature of the existence of the positronium molecule
[13] 문서 '"Out of This World" Chemical Compound Observed' http://www.sc.doe.go[...]
[14] 논문 Formation of Positronium Hydride
[15] 문서 1998-04-22
[16] 문서
[17] 웹인용 FY 1992 Accomplishments - "Out of This World" Chemical Compound Observed http://science.energ[...] 2017-01-31
[18] 문서
[19] 문서
[20] 문서
[21] 문서 1998-04-22
[22] 문서
[23] 문서 1998-04-22
[24] 문서
[25] 문서
[26] 문서


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