プロトン化水素分子
H3 の実験室での生成過程はホグネスとランらが1925年に明らかにしている。水素プラズマ中では放電のポテンシャルエネルギーにより水素分子がイオン化される(つまり、放電管中の加速された電子と水素分子による衝突電離で水素分子イオン H2 が生成する)。
H2 + e → H2 + 2e
次の反応
H2 + H2 → H3 + H
は発熱反応であるので、H2 と H2 の反応でプロトンが移動して、H3 が生成する。
星間空間中では H2 は以下の(高エネルギー)宇宙線による水素分子の電離により生成する。
H2 + 宇宙線 → H2 + e + 宇宙線
星間空間に存在する高エネルギーな宇宙線 (>100 MeV) は水素分子のイオン化エネルギー (15.4 eV)に比べて非常に大きいため、水素のイオン化に際して宇宙線はほとんど影響を受けない。つまり、星間空間中に宇宙線は H2 の尾(それは、つまり H3 の尾でもある)を形成する。
放電管の中では H3 は電子との再結合、
H3 + e → H2 + H または H + H + H
により消滅する。または壁など、結合エネルギーを放出できるような条件では
H3 + H2 → H5
のように H5 から続く H3·(H2)n クラスターを形成して、消滅することが知られている。
分子雲では H3 は
H3 + A → AH + H2
のように、他の分子や原子にプロトンを移動することにより消滅する。この反応は、星間空間での他の分子の生成の出発点となることが知られている(イオン-分子反応)。 主な反応対象としては、星間空間中で2番目に多い分子である一酸化炭素が挙げられる。
H3 + CO → HCO + H2
この反応で生成する HCO は大きな双極子モーメントを持ち、しかも星間空間での存在量も多いので、電波望遠鏡によって容易に観測され、電波天文学における重要な分子である。また、酸素原子にプロトンを付加させ、生じた HO が水素分子から水素原子を引き抜く過程を経て水が生成する。
H3 + O → HO + H2
HO + H2 → H2O + H, H2O + H2 → H3O + H, H3O + e → H2O + H
低密度分子雲での H3 の消滅は、炭素原子の光イオン化によって生じる電子との再結合反応である。
H3 + e → H2 + H または H + H + H