氦二聚体

氦二聚体是一种范德华力分子，分子式为 He2，由两个氦原子组成。 这种化学物质是xxx的双原子分子——由两个键合在一起的原子组成的分子。 将这种二聚体结合在一起的键非常弱，如果分子旋转或振动太大，它就会断裂。 它只能存在于非常低的低温下。

两个激发的氦原子也可以以一种称为准分子的形式相互结合。 这是从 1912 年首次发现的包含谱带的氦光谱中发现的。写作 He2*，* 表示激发态，它是xxx个已知的里德堡分子。

还存在几种双氦离子，它们的净电荷分别为负一、正一和正二。 两个氦原子可以被限制在一起，而不会在富勒烯的笼中结合。

根据分子轨道理论，He2不应该存在，原子间不能形成化学键。 但是，从液氦的存在可以看出，氦原子之间存在范德华力，在一定的原子间距范围内，引力大于斥力。 因此，可以存在由两个受范德华力束缚的氦原子组成的分子。 早在 1930 年就提出了这种分子的存在。

由于其极长的键长，He2 是处于基态时xxx的已知双原子分子。 He2 分子的原子之间的分离距离很大，约为 5200 pm（= 52 ångström）。 这是没有 ro-vibronic 激发的双原子分子中xxx的。 结合能仅为 1.3 mK、10−7eV 或 1.1×10−5 kcal/mol 左右。 该键比氢分子中的共价键弱 5000 倍。

二聚体中的两个氦原子都可以被能量为 63.86 eV 的单个光子电离。 这种双电离的机制是光子从一个原子中射出一个电子，然后该电子撞击另一个氦原子并将其电离。 然后二聚体爆炸，因为两个氦阳离子以相同的速度但相反的方向相互排斥。

约翰·克拉克·斯莱特 (John Clarke Slater) 于 1928 年首次提出受范德华力束缚的双氦分子。

当氦气在通过气体束中的喷嘴时膨胀和冷却时，可以形成少量的氦二聚体。 只有同位素 4He 才能形成这样的分子； 4He3He 和 3He3He 不存在，因为它们没有稳定的束缚态。 在气体束中形成的二聚体的量是百分之一的量级。

He2+ 是由半共价键键合的相关离子。 它可以在氦气放电中形成。 它与电子重新结合形成电子激发的 He2(a3Σ+u) 准分子。 这两种分子都小得多，原子间距离更正常。 He2+ 与 N2、Ar、Xe、O2 和 CO2 反应形成阳离子和中性氦原子。

氦双离子二聚体 He22+ 具有极强的排斥性，解离时会释放大量能量，约为 835 kJ/mol。 Linus Pauling 预测了离子的动态稳定性。 33.2 kcal/mol 的能垒可防止立即衰变。 该离子与氢分子等电子。 He22+ 是带双正电荷的最小分子。 它可以使用质谱法检测。

负氦二聚体 He2− 是亚稳态的，由 Bae、Coggiola 和 Peterson 于 1984 年通过让 He2+ 穿过铯蒸气而发现。 随后，H. H. Michels 从理论上证实了它的存在，并得出结论，He2− 的 4Πg 态相对于 He2 的 a2Σ+u 态是束缚的。 计算出的电子亲和力为 0.233 eV，而 He-[4P∘] 离子为 0.077 eV。 He2− 通过具有 τ~350 微秒的长寿命 5/2g 分量和具有 τ~10 微秒的更短寿命的 3/2g、1/2g 分量衰减。 4Πg态具有1σ2g1σu2σg2πu电子排布，电子亲和力E为0.18±0.03eV，寿命为135±15μsec； 只有 v=0 振动状态是造成这种长寿状态的原因。

分子氦阴离子也存在于液态氦中，液态氦被能级高于 22 eV 的电子激发。 这首先通过液体 He 的渗透发生，需要 1.2 eV，然后将 He 原子电子激发到 3P 水平，需要 19.8 eV。 然后电子可以与另一个氦原子和激发的氦原子结合形成 He2−。 He2− 排斥氦原子，因此周围有空隙。 它将倾向于迁移到液氦的表面。

在正常的氦原子中，在 1s 轨道中发现了两个电子。 然而，如果加入足够的能量，一个电子可以提升到更高的能级。 这个高能电子可以变成价电子，留在1s轨道上的电子就是核心电子。