Diwasserstoff-Kation

Das Wasserstoff-Molekülion, Diwasserstoff-Kation, oder H₂⁺, ist das einfachste Molekülion. Es besteht aus zwei positiv geladenen Protonen und einem negativ geladenen Elektron und kann durch Ionisierung des neutralen Wasserstoff-Moleküls gebildet werden.

Es ist von großem historischem und theoretischem Interesse, da es nur ein Elektron enthält und deshalb keine Elektron-Elektron-Wechselwirkungen auftreten. Daher lässt sich die elektronische Schrödinger-Gleichung für dieses System bei festgehaltenem Kernabstand (sog. Born-Oppenheimer-Näherung) in geschlossener Weise analytisch lösen. Die analytischen Lösungen für die Energie-Eigenwerte^[1] stellen eine Verallgemeinerung der lambertschen W-Funktion dar.

Wegen seiner Bedeutung als einfachstes molekulares System wird das Wasserstoff-Molekülion in den meisten Lehrbüchern der Quantenchemie als Beispiel behandelt. Die erste erfolgreiche quantenmechanische Behandlung des H₂⁺ wurde vom dänischen Physiker Øyvind Burrau im Jahr 1927 veröffentlicht,^[2][3] gerade ein Jahr nach der Veröffentlichung der grundlegenden Arbeit zur Wellenmechanik durch Erwin Schrödinger. Frühere Versuche waren im Jahr 1922 durch Karel Niessen^[4] und Wolfgang Pauli,^[5] und im Jahr 1925 durch Harold Urey^[6] veröffentlicht worden. Mit einem Übersichtsartikel aus dem Jahr 1928 machte Linus Pauling sowohl die Arbeit von Burrau als auch die von Walter Heitler und Fritz London über das Wasserstoffmolekül einem größeren Leserkreis bekannt.^[7]

Die chemische Bindung in H₂⁺ kann als kovalente Ein-Elektron-Bindung beschrieben werden, die eine formale Bindungsordnung von 1/2 hat.^[8]

Das Wasserstoff-Molekülion wird gewöhnlich auch in Molekülwolken im Weltall gebildet und ist von großer Bedeutung für die Chemie im interstellaren Medium.

1. ↑ T. C. Scott, M. Aubert-Frécon, J. Grotendorst: New Approach for the Electronic Energies of the Hydrogen Molecular Ion. Im: Chem. Phys. 324, 2006, S. 323–338, doi:10.1016/j.chemphys.2005.10.031, arxiv:physics/0607081.
2. ↑ Ø. Burrau: Berechnung des Energiewertes des Wasserstoffmolekel-Ions (H2+) im Normalzustand. In: Danske Vidensk. Selskab. Math.-fys. Meddel. M 7:14. Jahrgang, 1927, S. 1–18 (sdu.dk [PDF]).  Vorlage:Cite journal: Der Parameter language wurde bei wahrscheinlich fremdsprachiger Quelle nicht angegeben.
3. ↑ Øjvind Burrau: The calculation of the Energy value of Hydrogen molecule ions (H₂⁺) in their normal position. In: Naturwissenschaften. 15. Jahrgang, Nr. 1, 1927, S. 16–17, doi:10.1007/BF01504875.  Vorlage:Cite journal: Der Parameter language wurde bei wahrscheinlich fremdsprachiger Quelle nicht angegeben.
4. ↑ Karel F. Niessen Zur Quantentheorie des Wasserstoffmolekülions, Dissertation, Universität Utrecht, Utrecht: I. van Druten (1922), zitiert in J. Mehra, Volume 5, Part 2, 2001, S. 932.
5. ↑ W. Pauli: Über das Modell des Wasserstoffmolekülions. In: Ann. d. Phys. 373. Jahrgang, Nr. 11, 1922, S. 177–240, doi:10.1002/andp.19223731101.  erweiterte Dissertation; eingegangen 4. März 1922, veröffentlicht im Heft Nr. 11 vom 3. August 1922.
6. ↑ Urey HC: The Structure of the Hydrogen Molecule Ion. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 11. Jahrgang, Nr. 10, Oktober 1925, S. 618–21, doi:10.1073/pnas.11.10.618, PMID 16587051, PMC 1086173 (freier Volltext).  Vorlage:Cite journal: Der Parameter language wurde bei wahrscheinlich fremdsprachiger Quelle nicht angegeben.
7. ↑ L. Pauling: The Application of the Quantum Mechanics to the Structure of the Hydrogen Molecule and Hydrogen Molecule-Ion and to Related Problems. In: Chemical Reviews. 5. Jahrgang, 1928, S. 173–213, doi:10.1021/cr60018a003.  Vorlage:Cite journal: Der Parameter language wurde bei wahrscheinlich fremdsprachiger Quelle nicht angegeben.
8. ↑ Clark R. Landis, Frank Weinhold: Valency and bonding: a natural bond orbital donor-acceptor perspective. Cambridge University Press, Cambridge, UK 2005, ISBN 0-521-83128-8, S. 96–100.  Vorlage:Cite book: Der Parameter language wurde bei wahrscheinlich fremdsprachiger Quelle nicht angegeben.