리튬-헬륨 화합물
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1. 개요
리튬-헬륨 화합물은 리튬(Li) 원자와 헬륨(He) 원자로 구성된 분자이다. 2013년 형광 분광법을 통해 LiHe 분자의 존재가 처음 확인되었으며, 극성 및 상자성을 띤다. LiHe는 극저온 환경에서 리튬 금속을 헬륨 완충 기체에 레이저 절제하여 생성되며, 리튬과 헬륨 원자 사이의 결합은 매우 약한 반 데르 발스 힘에 의해 형성된다. 결합 에너지는 매우 낮고 결합 길이는 동위원소에 따라 다르며, 6LiHe와 7LiHe의 평균 원자 간 거리는 각각 48.53 Å과 28.15 Å이다. LiHe에서 헬륨 원자의 전자가 여기되면 원자간 쿨롱 붕괴가 일어나 분자가 분해된다.
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| 리튬-헬륨 화합물 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| IUPAC 이름 | 리튬 헬라이드 |
| 기타 이름 | 모노헬리도리튬 |
| CAS 등록번호 | 12162-15-1 |
| PubChem | 71355038 |
| 표준 InChI | 1S/He.Li |
| 표준 InChIKey | SINKHWKNPANGEK-UHFFFAOYSA-N |
| SMILES | [He].[Li] |
| 속성 | |
| 리튬 | 1 |
| 헬륨 | 1 |
| 관련 화합물 | |
| 기타 양이온 | 다이나트륨 헬라이드 |
2. 검출
2013년에 리튬-헬륨 화합물(LiHe) 분자의 존재가 형광 분광법을 이용하여 처음으로 확인되었다.[1] 이전 연구에서는 7Li4He 분자가 약 0.0039 cm−1 (6mK[2])의 매우 약한 결합 에너지와 28 Å의 결합 길이를 가질 것으로 예측되었다.[1] LiHe와 유사하게 반 데르 발스 결합으로 형성된 헬륨 분자로는 Ag3He 및 He2 등이 이미 알려져 있었다.[1] 해당 분자는 1,000에서 5,000 사이의 극저온 헬륨 환경에서 리튬에 레이저 절제를 가하여 생성하는 방식으로 연구되었다.[1]
2. 1. 실험 방법
LiHe 분자는 1,000에서 5,000 사이의 온도에서 극저온 헬륨 완충 기체에 리튬 금속을 레이저 절제하여 형성되었다.[1] 생성된 LiHe 분자의 비율은 헬륨 기체의 밀도에 비례했으며, 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다.[1]LiHe 분자의 검출은 형광을 이용한 방식으로 이루어졌다. 먼저 X2Σ 상태의 리튬 원자를 A2Π 상태로 여기시켰다.[1] 이후 방출되는 빛의 스펙트럼을 분석한 결과, 7Li의 초미세 구조로 인해 각각 두 개로 갈라진 한 쌍의 선이 관찰되었다. 이 선들의 파수는 각각 14902.563, 14902.591, 14902.740, 14902.768 cm−1였다.[1] 두 쌍의 선은 0.177 cm−1 간격으로 떨어져 있었는데, 이는 LiHe 분자가 가지는 두 가지 다른 진동 상태인 1/2과 3/2에 해당한다.[1] 원자 간 결합 에너지가 약 6mK[2]로 매우 약하기 때문에, 분자는 분해되지 않고서는 어떠한 회전이나 더 큰 진동 에너지를 견딜 수 없다. 가장 낮은 회전 상태의 에너지는 약 40mK 및 80mK로 추정되는데, 이는 결합 에너지보다 훨씬 크다.[2]
2. 2. 스펙트럼 분석
LiHe 분자는 형광을 이용하여 검출되었다. 이 과정에서 리튬 원자를 X2Σ 상태에서 A2Π 상태로 레이저를 이용해 여기시켰다.[1] 7LiHe의 스펙트럼 분석 결과, 7Li의 초미세 구조로 인해 각각 두 개로 갈라진 한 쌍의 선이 관찰되었다. 이 선들의 파수는 각각 14902.563, 14902.591, 14902.740, 14902.768 cm−1로 측정되었다.[1] 두 쌍의 선은 0.177 cm−1만큼 떨어져 있는데, 이는 LiHe 분자가 가질 수 있는 두 가지 다른 진동 상태, 즉 1/2과 3/2 상태에 해당한다.[1]LiHe 분자 내 원자 간의 결합 에너지는 약 0.0039 cm−1 (6 mK[2])로 매우 약하다.[1] 이 때문에 분자는 분해되지 않고서는 어떠한 회전 운동이나 더 높은 에너지의 진동 상태를 견딜 수 없다. 실제로 가장 낮은 회전 상태에 도달하는 데 필요한 에너지조차 약 40 mK 및 80 mK로, 결합 에너지보다 훨씬 크다.[2]
3. 성질
3. 1. 결합 에너지 및 길이
리튬과 헬륨 원자 사이의 평균 거리는 사용하는 리튬 동위원소에 따라 달라진다. 6LiHe의 경우 원자 간 평균 거리는 48.53 Å인 반면, 7LiHe의 경우에는 28.15 Å으로 상대적으로 더 짧은 거리를 가진다.[3]3. 2. 동위원소 효과
리튬과 헬륨 원자 사이의 평균 거리는 사용하는 리튬의 동위원소에 따라 달라진다. 6LiHe의 경우 원자 간 평균 거리는 48.53 Å이지만, 7LiHe의 경우에는 평균 28.15 Å로 훨씬 짧다.[3]3. 3. 원자간 쿨롱 붕괴
LiHe 분자에서 헬륨 원자의 1s 전자가 2s 준위로 여기되면, 그 에너지가 리튬 원자로 전달되어 리튬을 이온화시키면서 분자가 분해된다. 이 현상을 원자간 쿨롱 붕괴라고 한다. 이 과정에서 생성되는 Li+ 이온과 He 원자의 에너지는 약 12번 진동하는 형태의 곡선으로 분포하는 특징을 보인다.[3]참조
[1]
논문
Spectroscopic Detection of the LiHe Molecule
2013-04-08
[2]
논문
A Fragile Union Between Li and He Atoms
2013-04-08
[3]
논문
Quantum Effects Dominating the Interatomic Coulombic Decay of an Extreme System
2020-07-24
[4]
논문
Spectroscopic Detection of the LiHe Molecule
http://physics.aps.o[...]
2015-02-08
[5]
논문
A Fragile Union Between Li and He Atoms
2013-04-08
[6]
저널
Spectroscopic Detection of the LiHe Molecule
http://physics.aps.o[...]
2015-02-08
[7]
저널
Three-body recombination in cold helium–helium–alkali-metal-atom collisions
https://journals.aps[...]
American Physical Society
2019-04-29
[8]
저널
A Fragile Union Between Li and He Atoms
2013-04-08
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