{{위키데이터 속성 추적}}
{{Chembox
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| SystematicName = Hydridohelium(1+)<ref name=chebi33688>{{웹 인용|title = hydridohelium(1+) (CHEBI:33688)|work = Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI)|publisher = European Bioinformatics Institute|url = https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=33688}}</ref>
| Section1 = {{Chembox Identifiers
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|  ChEBI = 33688
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|  Formula = {{Chem|HeH|+}}
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|  MolarMass = 5.01054 g·mol<sup>−1</sup>
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}}
'''수소화 헬륨 이온'''(Helium hydride ion, HeH<sup>+</sup>) 또는 '''히드로헬륨(1+) 이온'''(hydrohelium(1+) ion)은 [[수소]]와 [[헬륨]]이 [[전자]]를 잃어버리면서 [[공유 결합]]하여 이루어지는 화합물이다. [[이종핵 분자]] 이온 중에서는 가장 가벼우며 [[수소 분자 이온]]에 이어 두번째로 가벼운 이온 화합물이다.

수소화 헬륨 이온은 기체 상태의 헬륨 원자가 [[양성자]]와 반응하여 생길 수 있으며 1925년 처음으로 실험실에서 합성하였다. 이 화합물은 고립 상태에서는 안정하지만 반응성이 극도로 높고, 산으로서 잘 언급되지는 않지만 알려진 화합물 중 가장 강한 [[산 (화학)|산성]]을 띤다. 1970년대서부터 [[성간 매질]]에 자연적으로 존재할 것으로 추정했으며<ref name=fern2007/> 2019년 4월 자연 상태에서 존재함을 처음으로 발견하였다.<ref name=stut2019/>

== 물리적 속성 ==
수소화 헬륨 이온은 [[수소]] 분자와 [[등전자성]]을 가진다.<ref name=hogn1925/> {{chem|H|2|+}}와는 달리 영구적인 [[분자 쌍극자 모멘트]]를 가지고 있어 분광학적으로 분별하기가 더 쉽다.<ref name=coxo1999/> 계산으로 유도한 수소화 헬륨 이온의 쌍극자 모멘트는 대략 2.26 또는 2.84 [[디바이|D]]이다.<ref name=dias2019/> 하지만 149.14 [[마이크로미터|µm]]에서 가장 두드러지게 보이는 스펙트럼선은 [[메틸리딘 라디칼]] '''⫶'''CH의 스펙트럼 이중선과 같다.<ref name="EngelEtAl"/>

이온 내 두 원자 사이의 결합 길이는 0.772&nbsp;[[옹스트롬|Å]]이다.<ref name="Coyne">{{저널 인용|last1 = Coyne |first1 = John P. |last2 = Ball |first2 = David W. |title = Alpha particle chemistry. On the formation of stable complexes between He<sup>2+</sup> and other simple species: implications for atmospheric and interstellar chemistry| journal = Journal of Molecular Modeling |volume = 15 |issue = 1 |pages = 35–40 |year = 2009 |doi = 10.1007/s00894-008-0371-3 |pmid = 18936986 }}</ref>

=== 중성 분자 ===
이온 상태의 화합물과 달리 중성의 수소와 헬륨이 결합한 HeH 분자는 바닥 상태에서 안정하지 못하다. 하지만 들뜬 상태의 [[엑시머]] (HeH*) 상태로는 존재하며 이 분자의 스펙트럼선은 1980년대 중반 처음 밝혀졌다.<ref name=mull1985/><ref name=nobe2001/><ref name=kette1985/> 중성 수소-헬륨 분자는 [[그멜린 데이터베이스]]의 첫 번째로 수록된 분자이다.<ref name=chebi33689/>

== 화학적 속성 ==
수소화 헬륨 이온은 사용 가능한 형태로 저장하기 매우 어렵기 때문에 화학 실험을 할 때에는 그자리에서 직접 합성하고 바로 반응시키는 형태(in situ)로 실험해야 한다. 예를 들어, 유기물질과의 반응을 연구할 때 원하는 유기 화합물의 삼중수소 유도체를 생성하여 삼중수소를 <sup>3</sup>He<sup>+</sup>로 붕괴시킨 후 수소 원자를 추출하면 <sup>3</sup>HeH<sup>+</sup>가 생성되며 이후 곧바로 주변의 유기 화합물과 반응할 것이다.

=== 산성 ===
수소화 헬륨 이온은 접촉하는 모든 원자, 분자, [[음이온]]과 반응하여 양성자를 내놓는 [[양성자화]] 반응을 하기 때문에 [[응집물질물리학|응집물질]] 상태로 준비시킬 수 없다. 수소화 헬륨 이온은 [[산소|O<sub>2</sub>]], [[암모니아|NH<sub>3</sub>]], [[이산화 황|SO<sub>2</sub>]], [[물|H<sub>2</sub>O]], [[이산화 탄소|CO<sub>2</sub>]]와 반응하여 양성자화되어 [[하이드로퍼옥실|O<sub>2</sub>H<sup>+</sup>]], [[암모늄 이온|NH<sub>4</sub><sup>+</sup>]], [[하이드로늄 이온|H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>]], [[HCO2+|HCO<sub>2</sub><sup>+</sup>]]를 만들어낸다.<ref name="Gran004" /> 이 외 [[일산화 질소]], [[이산화 질소]], [[아산화 질소]], [[황화 수소]], [[메테인]], [[아세틸렌]], [[에틸렌]], [[에테인]], [[메탄올]], [[아세토니트릴]] 등과의 분자와도 반응하나 분해시킨 후 많은 양의 에너지를 방출한다.<ref name=Gran004/>

수소화 헬륨 이온은 알려진 가장 강력한 산으로, [[양성자 친화성]]이 177.8 kJ/mol에 달한다.<ref name="Epa"/> 가설상의 수용성 산도는 [[헤스의 법칙]]을 통해 다음과 같이 구할 수 있다.
: {|
|-
| HeH<sup>+</sup>(''g'')
| →
| H<sup>+</sup>(''g'')
| + He(''g'')
| align=right|+178&nbsp;kJ/mol
|<ref name="Epa"/>
|-
| HeH<sup>+</sup>(''aq'')
| →
| HeH<sup>+</sup>(''g'')
| &nbsp;
| align=right|+973&nbsp;kJ/mol
|<ref group="내용주">Li<sup>+</sup>(''aq'') → Li<sup>+</sup>(''g'')와 같은 것으로 추정된다.</ref>
|-
| H<sup>+</sup>(''g'')
| →
| H<sup>+</sup>(''aq'')
| &nbsp;
| align=right|−1530&nbsp;kJ/mol
| &nbsp;
|- style="border-bottom:2px solid black"
| He(''g'')
| →
| He(''aq'')
| &nbsp;
| align=right|+19&nbsp;kJ/mol
|<ref group="내용주">용해도 자료에서 추정.</ref>
|-
| '''HeH<sup>+</sup>(''aq'')'''
| '''→'''
| '''H<sup>+</sup>(''aq'')'''
| '''+ He(''aq'')'''
| align=right|'''−360&nbsp;kJ/mol'''
| &nbsp;
|-
|}

[[열역학적 자유 에너지]] −360 kJ/mol은 [[산해리상수|p''K''<sub>a</sub>]] -63과 동일하다.

=== 기타 수소-헬륨 화합물 ===
수소화 헬륨 이온에 헬륨 원자를 추가로 붙여 He<sub>2</sub>H<sup>+</sup>, He<sub>3</sub>H<sup>+</sup>, He<sub>4</sub>H<sup>+</sup>, He<sub>5</sub>H<sup>+</sup>, He<sub>6</sub>H<sup>+</sup>와 같은 더 큰 분자를 만들 수 있다.<ref name=Gran004/> 육수소화 헬륨 이온 He<sub>6</sub>H<sup>+</sup>은 부분적으로 안정하다.<ref name=Gran004/>

수소화 이헬륨 이온(He<sub>2</sub>H<sup>+</sup>)은 수소 분자와 [[헬륨 이량체]]를 반응시켜 생성할 수 있다.
: {{chem|He|2|+}} + H<sub>2</sub> → He<sub>2</sub>H<sup>+</sup> + H
이 분자는 중앙에 수소가 있는 선형의 이온 분자이다.<ref name=Gran004>{{저널 인용|last = Grandinetti |first = Felice |title=Helium chemistry: a survey of the role of the ionic species |journal=International Journal of Mass Spectrometry |date=October 2004 |volume=237 |issue=2–3 |pages = 243–267 |doi = 10.1016/j.ijms.2004.07.012 |bibcode = 2004IJMSp.237..243G }}</ref>

기타 수소화 헬륨 이온 분자들은 알려졌거나 이론적으로 연구되었다. 이수소화 헬륨 이온(Helium dihydride ion) 또는 디하이드로 헬륨(1+)(dihydridohelium(1+)) {{chem|HeH|2|+}}라 불리는 분자는 2가 마이크로파 분광법을 통해 발견하였다.<ref name=carr1996/> 이수소화 헬륨 이온의 계산된 결합 에너지는 25.1 kJ/mol이며 삼수소화 헬륨 이온, 트리하이드로 헬륨(1+)(trihydridohelium(1+)) {{chem|HeH|3|+}}의 결합 에너지는 0.42 kJ/mol이다.<ref name=pauz2007>{{서적 인용|first1=F. |last1=Pauzat |first2=Y. |last2=Ellinger |chapter-url=http://asilomar.caltech.edu/abstracts_processed/Pauzat_2z6IeIOR.pdf |contribution=Where do noble gases hide in space? |archive-url=https://web.archive.org/web/20070202203834/http://asilomar.caltech.edu/abstracts_processed/Pauzat_2z6IeIOR.pdf |archive-date=2007-02-02  |title=Astrochemistry: Recent Successes and Current Challenges |series=Poster Book IAU Symposium No. 231 |date=2005 |editor-first=A. J. |editor-last=Markwick-Kemper}}</ref>

== 역사 ==
최초의 수소화 헬륨 이온은 1925년 T. R. 오그네스와 E. G. 룬이 간접적으로 처음 발견하였다. 이들 연구팀은 {{chem|H|+}}, {{chem|H|2|+}}, {{chem|H|3|+}}와 같은 수소 이온의 형성을 연구하기 위해 수소와 헬륨이 혼합된 기체에 양성자를 넣으며 에너지를 가했다. 연구팀은 {{chem|H|2|+}}이 합성되는 에너지와 같은 16 [[전자볼트|eV]]에서 {{chem|H|3|+}}를 감지하였으며 이 이온은 압력에 따라 다른 두 이온보다 더 빠르게 증가했다. 이 데이터에서 연구팀은 {{chem|H|2|+}} 이온이 헬륨을 포함한 여러 분자와 충돌하여 양성자가 옮겨간 것이라고 추정했다.<ref name=hogn1925/>

오랫동안 수소화 헬륨 이온은 성간매질에 존재할 것이라고 추정했다.<ref name=fern2007/> 2019년 4월 성운 [[NGC 7027]]에서 이를 발견함으로써 자연상에서 수소화 헬륨 이온이 존재한다는 것이 증명되었다.<ref name=stut2019 />

== 자연 상태의 발견 ==
=== 트리튬 붕괴 ===
수소화 헬륨 이온은 HT 분자나 트리튬 이량체 T<sub>2</sub>에서 [[삼중수소]]가 붕괴되면서 발생한다. 베타 붕괴 과정에서 영향으로 들뜸 상태가 되긴 하나 분자가 둘이 결합 상태로 그대로 남아있는다.<ref name=man1993>{{서적 인용|editor-first=F. |editor-last=Mannone |title=Safety in Tritium Handling Technology |publisher=Springer |date=1993 |page=92 |ISBN=978-94-011-1910-8 |doi=10.1007/978-94-011-1910-8_4}}</ref>

=== 성간매질에서의 존재 ===
수소화 헬륨 이온은 우주에서 최초로 합성된 화합물로 추정되며<ref name="EngelEtAl"/> 초기 우주의 화학적 성질을 이해하는데 매우 중요하다.<ref name="LiuEtAl">{{저널 인용
| title = An ISO Long Wavelength Spectrometer detection of CH in NGC 7027 and an HeH<sup>+</sup> upper limit
| journal = Monthly Notices of the Royal Astronomical Society | volume = 290
| issue = 4| pages = L71–L75| year = 1997| bibcode = 1997MNRAS.290L..71L
| last1 = Liu | first1 = X.-W.
| last2 = Barlow | first2= M. J.
| last3 = Dalgarno| first3= A.
| last4 = Tennyson | first4= J.
| last5 = Lim | first5= T.
| last6 = Swinyard | first6= B. M.
| last7 = Cernicharo | first7= J.
| last8 = Cox | first8 = P.
| last9 = Baluteau | first9= J.-P.
| last10 = Pequignot | first10 = D.
| last11= Nguyen | first11 = Q. R.
| last12 = Emery | first12= R. J.
| last13= Clegg | first13= P. E.
| doi=10.1093/mnras/290.4.l71}}</ref> [[대폭발 핵합성]] 직후 우주 대부분의 원자는 거의 다 수소와 헬륨만 있었기 때문이다. 원시 물질에서 형성된 항성에는 수소화 헬륨 이온이 있어야 하며, 항성 형성과 진화에 영향을 준다. 특히 이 화합물의 강력한 쌍극자 모멘트는 [[금속함량]]이 0인 항성의 불투명도에 영향을 준다고 추정하고 있다.<ref name="EngelEtAl"/> 이 외에도 헬륨이 많은 [[백색왜성]]에 수소화 헬륨 이온이 대기에 꽤 많이 있을 것으로 추정되며 이 이온이 기체 불투명도를 높이고 별의 냉각속도를 느리게 만들 것으로 추정한다.<ref name="HarrisEtAl">{{저널 인용| last = Harris| first = G. J. |last2=Lynas-Gray |first2=A. E. |last3=Miller |first3=S. |last4=Tennyson |first4=J. | title = The Role of HeH<sup>+</sup> in Cool Helium-rich White Dwarfs| journal = [[The Astrophysical Journal]]|volume = 617| issue = 2| pages = L143–L146|year = 2004|doi = 10.1086/427391| bibcode=2004ApJ...617L.143H|arxiv = astro-ph/0411331 }}</ref>

우주 내에서 수소화 헬륨 이온을 찾을 수 있을 것으로 추정되는 곳은 여러 곳이 있었다. 그중에는 차가운 [[헬륨성]],<ref name="EngelEtAl"/> [[전리수소영역]],<ref name="RobergeDelgarno">{{저널 인용| last = Roberge| first = W.|last2=Delgarno |first2=A.| title = The formation and destruction of HeH<sup>+</sup> in astrophysical plasmas| journal = [[The Astrophysical Journal]]| volume = 255| pages = 489–496| year = 1982| doi = 10.1086/159849| bibcode=1982ApJ...255..489R}}</ref> [[NGC 7027]]와 같이<ref name = "LiuEtAl"/> 밀도가 높은 [[행성상성운]] 등이 있다.<ref name = "RobergeDelgarno"/>

이 외에도 [[항성풍]], [[초신성]], 젊은 별에서 유출한 물질 등의 고밀도의 성간구름이 해리 충격을 일으키고 냉각되면서 생겨나는 것으로 추정된다. 충격의 속도가 90km/s 이상일 경우 감지할 수 있을 만큼 많은 양의 수소화 헬륨 이온이 생길 것으로 생각된다. 충격에서 이온을 발견할 수 있을 경우 수소화 헬륨 이온을 가지고 충격파를 잡아낼 수 있는 중요한 단서를 얻을 수 있다.<ref name="NeufeldDelgarno">{{저널 인용| last = Neufeld| first = David A.|last2=Dalgarno |first2=A.| title = Fast molecular shocks. I – Reformation of molecules behind a dissociative shock| journal = [[Astrophysical Journal]]| volume = 340| pages = 869–893|year = 1989|doi = 10.1086/167441| bibcode=1989ApJ...340..869N}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[수소 분자 이온]]
== 각주 ==
;내용주
{{각주|group="내용주"}}

;출처주
<references>
<ref name=chebi33688>{{웹 인용|title = hydridohelium(1+) (CHEBI:33688)|work = Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI)|publisher = European Bioinformatics Institute|url = https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=33688}}</ref>

<ref name=chebi33689>{{웹 인용|title= Hydridohelium (CHEBI:33689)| work=Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI)|publisher = European Bioinformatics Institute|url=https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI%3A33689}}</ref>

<ref name=hogn1925>{{저널 인용|first1=T. R. |last1=Hogness |first2=E. G. |last2=Lunn |title = The Ionization of Hydrogen by Electron Impact as Interpreted by Positive Ray Analysis |journal = [[Physical Review]]|year = 1925|volume = 26|issue = 1|pages = 44–55|doi = 10.1103/PhysRev.26.44 |bibcode=1925PhRv...26...44H}}</ref>

<ref name="Epa">{{저널 인용|doi = 10.1063/1.555719|last1= Lias |first1=S. G. |last2=Liebman |first2=J. F. |last3=Levin |first3=R. D. |year = 1984|title = Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules; Heats of Formation of Protonated Molecules|journal =Journal of Physical and Chemical Reference Data |volume = 13|issue = 3|pages = 695|bibcode = 1984JPCRD..13..695L}}</ref>

<ref name=fern2007>{{저널 인용|first1= J. |last1=Fernández |first2=F. |last2=Martín |title = Photoionization of the HeH<sup>+</sup> molecular ion|journal = Journal of Physics B|year = 2007|volume = 40|issue = 12 |pages = 2471–2480|doi = 10.1088/0953-4075/40/12/020|bibcode = 2007JPhB...40.2471F}}</ref>

<ref name=stut2019>{{저널 인용|last=Stutzki|first=Jürgen|last2=Risacher|first2=Christophe|last3=Ricken|first3=Oliver|last4=Klein|first4=Bernd|last5=Karl Jacobs|last6=Graf|first6=Urs U.|last7=Menten|first7=Karl M.|last8=Neufeld|first8=David|last9=Wiesemeyer|first9=Helmut|date=April 2019|title=Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH<sup>+</sup> |url=https://www.nature.com/articles/s41586-019-1090-x|journal=Nature|language=en|volume=568|issue=7752|pages=357|doi=10.1038/s41586-019-1090-x|issn=1476-4687}}</ref>

<ref name=coxo1999>{{저널 인용|doi = 10.1006/jmsp.1998.7740|title = Experimental Born–Oppenheimer Potential for the X<sub>1</sub>Σ<sup>+</sup> Ground State of HeH<sup>+</sup>: Comparison with the ''Ab Initio'' Potential|year = 1999|last1= Coxon |first1=J.|journal = Journal of Molecular Spectroscopy|volume = 193|pages = 306–318|pmid = 9920707|last2 = Hajigeorgiou|first2 = P. G.|issue = 2|bibcode = 1999JMoSp.193..306C }}</ref>

<ref name=dias2019>{{웹 인용|url=https://ned.unifenas.br/amdias/wp-admin/apostilas/hf1s.pdf|title=Dipole Moment Calculation to Small Diatomic Molecules: Implementation on a Two-Electron Self-Consistent-Field ''ab initio'' Program|last=|first=|date=|website=|access-date=|archive-date=2019-04-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20190419182230/https://ned.unifenas.br/amdias/wp-admin/apostilas/hf1s.pdf}}</ref>

<ref name=carr1996>{{저널 인용|first1=Alan |last1=Carrington |first2=David I. |last2=Gammie |first3=Andrew M. |last3=Shaw |first4=Susie M. |last4=Taylor |first5=Jeremy M. |last5=Hutson |title = Observation of a microwave spectrum of the long-range He⋯{{chem|H|2|+}} complex |journal = Chemical Physics Letters |year = 1996 |volume = 260 |issue = 3–4 |pages = 395–405 |doi = 10.1016/0009-2614(96)00860-3|bibcode = 1996CPL...260..395C }}</ref>

<ref name="EngelEtAl">{{저널 인용|last=Engel|first=Elodie A.|last2=Doss|first2=Natasha|last3=Harris|first3=Gregory J.|last4=Tennyson|first4=Jonathan|year=2005|title=Calculated spectra for HeH<sup>+</sup> and its effect on the opacity of cool metal-poor stars|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|volume=357|issue=2|pages=471–477|arxiv=astro-ph/0411267|bibcode=2005MNRAS.357..471E|doi=10.1111/j.1365-2966.2005.08611.x}}</ref>

<ref name=mull1985>{{저널 인용|title = Observation of Fluorescence of the HeH Molecule|first1=Thomas |last1=Möller |first2=Michael |last2=Beland |first3=Georg |last3=Zimmerer |journal = Physical Review Letters|volume = 55|pages = 2145–2148|year = 1985|doi = 10.1103/PhysRevLett.55.2145|pmid = 10032060|issue = 20|bibcode=1985PhRvL..55.2145M}}</ref>

<ref name=nobe2001>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/ketterle-autobio.html |title=Wolfgang Ketterle: The Nobel Prize in Physics 2001}}</ref>

<ref name=kette1985>{{저널 인용|title = Emission spectra of bound helium hydride |first1=W. |last1=Ketterle |first2=H. |last2=Figger |first3=H. |last3=Walther |journal = Physical Review Letters|volume = 55|pages = 2941–2944|year = 1985|doi = 10.1103/PhysRevLett.55.2941|pmid = 10032281|issue = 27|bibcode=1985PhRvL..55.2941K}}</ref>
</references>

== 외부 링크 ==
* [https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=33688 CHEBI:33688 - hydridohelium(1+)] - ChEBI

{{비활성 기체 화합물}}

[[분류:수소 화합물]]
[[분류:헬륨 화합물]]
[[분류:양이온]]
[[분류:초강산]]