Idrogenonio

Il catione idrogenonio, H₃, è uno degli ioni più abbondanti nell'universo. Sebbene sia meno stabile dei suoi costituenti, H₂ e H, continua ad esistere grazie alla scarsissima densità di materia negli spazi interstellari, e non può dunque trasferire parte della sua energia ad un altro atomo o molecola. Se si decomponesse spontaneamente, violerebbe il principio di conservazione del momento angolare.

H₃ ha la forma di un triangolo equilatero. I suoi due elettroni sono divisi fra i tre protoni. La forma degli orbitali è simile a quella scoperta dal modello di Walsh nel ciclopropano.

Le righe di emissione di H₃ sono state identificate nell'atmosfera di Giove e in numerose nebulose.

Formazione

La formazione di H₃ avviene tramite la seguente reazione:

H₂ H₂ → H₃ H

La concentrazione di H₂ è il fattore che limita questa reazione. H₃ può infatti formarsi soltanto negli spazi interstellari quando un raggio cosmico o una radiazione abbastanza energetica ionizza la molecola di idrogeno H₂.

H₂ raggio cosmico → H₂ e^- raggio cosmico

Il raggio cosmico, come si vede nella reazione, ha talmente tanta energia che quella ceduta per ionizzare la molecola di idrogeno è sostanzialmente trascurabile. Nelle nubi interstellari, i raggi cosmici si lasciano dietro una traccia di H₂ e, di conseguenza, di H₃.

Reazioni e distruzione

Esistono parecchie reazioni di distruzione dello ione H₃; in sostanza reagisce praticamente con qualsiasi altra molecola con cui entri in collisione. Il composto più abbondante in assoluto nello spazio è H₂, tuttavia la reazione che coinvolge i due composti è soltanto uno scambio di protoni:

H₃ H₂ → H₂ H₃

Questa reazione è importante soprattutto per i suoi effetti sul rapporto orto/para di H₃, o per il rapporto tra l'idrogenonio con momento angolare di spin 3/2 e quello con momento 1/2.
Un'altra reazione importante è quella con la seconda molecola più abbondante, CO.

H₃ CO → HCO H₂

HCO è un composto importante per la chimica interstellare. Il suo forte momento di dipolo e la sua abbondanza lo rendono facilmente rintracciabile dalla radioastronomia.
H₃ può anche reagire con l'ossigeno atomico secondo:

H₃ O → OH H₂

Questo è l'inizio di quella che si pensa possa essere la reazione principale di formazione di acqua dall'ossigeno degli spazi interstellari, e dunque ciò che ha dato origine all'acqua presente sulla Terra.

H₃ può essere distrutto anche da un processo chiamato ricombinazione dissociativa. Tale reazione decorre in modi differenti, portando anche a prodotti diversi. Quello che avviene nel 75% dei casi è la formazione di tre atomi di idrogeno, mentre nel restante 25% delle volte si producono H₂ e H.