Liste interstellarer und zirkumstellarer Moleküle - List of interstellar and circumstellar molecules

Dies ist eine Liste von Molekülen , die im interstellaren Medium und in der zirkumstellaren Hülle nachgewiesen wurden , gruppiert nach der Anzahl der Atomkomponenten . Die chemische Formel wird für jede nachgewiesene Verbindung aufgelistet, zusammen mit jeder ionisierten Form, die ebenfalls beobachtet wurde.

Hintergrund

Die unten aufgeführten Moleküle wurden durch astronomische Spektroskopie nachgewiesen . Ihre spektralen Eigenschaften entstehen, weil Moleküle beim Übergang zwischen zwei molekularen Energieniveaus ein Lichtphoton entweder absorbieren oder emittieren . Die Energie (und damit die Wellenlänge ) des Photons entspricht der Energiedifferenz zwischen den beteiligten Ebenen. Molekularelektronische Übergänge treten auf, wenn sich eines der Elektronen des Moleküls zwischen Molekülorbitalen bewegt und eine Spektrallinie im ultravioletten , optischen oder nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugt . Alternativ kann ein Schwingungsübergang überträgt Quanten von Energie zu (oder von) Schwingungen der Molekülbindungen , die Herstellung von Signaturen in der Mitte oder weit Infrarot . Gasphasenmoleküle haben auch quantisierte Rotationsniveaus , die zu Übergängen bei Mikrowellen- oder Radiowellenlängen führen .

Manchmal kann ein Übergang mehr als eine dieser Arten von Energieniveaus beinhalten, zB ändert die Ro-Schwingungsspektroskopie sowohl das Rotations- als auch das Schwingungsenergieniveau. Gelegentlich treten alle drei zusammen auf, wie im Phillips-Band von C 2 ( zweiatomiger Kohlenstoff ), bei dem ein elektronischer Übergang eine Linie im nahen Infrarot erzeugt, die dann durch eine gleichzeitige Änderung des Schwingungsniveaus in mehrere vibronische Bänder aufgespalten wird, die wiederum werden wieder in Rotationszweige aufgespalten .

Das Spektrum eines bestimmten Moleküls wird durch die Auswahlregeln der Quantenchemie und die Molekülsymmetrie bestimmt . Einige Moleküle haben einfache Spektren, die leicht zu identifizieren sind, während andere (sogar einige kleine Moleküle) extrem komplexe Spektren haben, bei denen der Fluss auf viele verschiedene Linien verteilt ist, wodurch sie viel schwieriger zu erkennen sind. Wechselwirkungen zwischen den Atomkernen und den Elektronen verursachen manchmal eine weitere Hyperfeinstruktur der Spektrallinien. Wenn das Molekül in mehreren Isotopologen (Versionen mit unterschiedlichen atomaren Isotopen ) existiert, wird das Spektrum durch Isotopenverschiebungen weiter kompliziert .

Der Nachweis eines neuen interstellaren oder zirkumstellaren Moleküls erfordert die Identifizierung eines geeigneten astronomischen Objekts, wo es wahrscheinlich vorhanden ist, und die anschließende Beobachtung mit einem Teleskop, das mit einem Spektrographen ausgestattet ist , der bei der erforderlichen Wellenlänge, spektralen Auflösung und Empfindlichkeit arbeitet. Das erste Molekül, das im interstellaren Medium entdeckt wurde, war 1937 das Methylidin-Radikal (CH ) durch seinen starken elektronischen Übergang bei 4300 Angström (im optischen Bereich). Fortschritte in der astronomischen Instrumentierung haben zu einer steigenden Zahl neuer Entdeckungen geführt. Ab den 1950er Jahren begann die Radioastronomie die Neuentdeckungen zu dominieren, und ab den 1990er Jahren gewann auch die Sub-mm-Astronomie an Bedeutung.

Das Inventar der nachgewiesenen Moleküle ist stark auf bestimmte Typen ausgerichtet, die leichter zu erkennen sind, zB ist die Radioastronomie am empfindlichsten gegenüber kleinen linearen Molekülen mit einem hochmolekularen Dipol . Das häufigste Molekül im Universum, H 2 ( molekularer Wasserstoff ), ist für Radioteleskope völlig unsichtbar, da es keinen Dipol hat; seine elektronischen Übergänge sind für optische Teleskope zu energiereich, daher erforderte der Nachweis von H 2 ultraviolette Beobachtungen mit einer Höhenforschungsrakete . Schwingungslinien sind oft nicht spezifisch für ein einzelnes Molekül, sodass nur die allgemeine Klasse identifiziert werden kann. Beispielsweise sind polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) aufgrund ihrer im mittleren Infrarot weit verbreiteten Schwingungslinien im Weltraum weit verbreitet, aber es war nicht möglich, genau zu identifizieren, welche Moleküle dafür verantwortlich sind.

Eine der reichsten Quellen zum Nachweis interstellarer Moleküle ist Sagittarius B2 (Sgr B2), eine riesige Molekülwolke nahe dem Zentrum der Milchstraße . Etwa die Hälfte der unten aufgeführten Moleküle wurde zuerst in Sgr B2 gefunden, viele der anderen wurden dort später nachgewiesen. Eine reiche Quelle zirkumstellarer Moleküle ist CW Leonis (auch bekannt als IRC +10216), ein nahegelegener Kohlenstoffstern , in dem etwa 50 Moleküle identifiziert wurden. Es gibt keine klare Grenze zwischen interstellaren und zirkumstellaren Medien, daher sind beide in den folgenden Tabellen enthalten.

Die Disziplin der Astrochemie umfasst das Verständnis der Entstehung dieser Moleküle und die Erklärung ihrer Häufigkeit. Die extrem geringe Dichte des interstellaren Mediums ist der Bildung von Molekülen nicht förderlich, was herkömmliche Gasphasenreaktionen zwischen neutralen Spezies (Atomen oder Molekülen) ineffizient macht. Viele Regionen haben auch sehr niedrige Temperaturen (typischerweise 10 Kelvin in einer Molekülwolke), die die Reaktionsgeschwindigkeit weiter reduzieren, oder hohe ultraviolette Strahlungsfelder, die Moleküle durch Photochemie zerstören . Um die beobachteten Häufigkeiten interstellarer Moleküle zu erklären, muss das Gleichgewicht zwischen Bildungs- und Zerstörungsraten unter Verwendung von Gasphasen-Ionenchemie (oft angetrieben durch kosmische Strahlung ), Oberflächenchemie auf kosmischem Staub , Strahlungsübertragung einschließlich interstellarer Extinktion und ausgeklügelter Reaktionsnetzwerke berechnet werden .

Moleküle

Die folgenden Tabellen listen Moleküle auf, die im interstellaren Medium oder in der zirkumstellaren Materie nachgewiesen wurden, gruppiert nach der Anzahl der Atomkomponenten . Neutrale Moleküle und ihre Molekülionen sind in separaten Spalten aufgeführt; ist kein Eintrag in der Molekülspalte vorhanden, wurde nur die ionisierte Form nachgewiesen. Bezeichnungen (Namen von Molekülen) werden in der wissenschaftlichen Literatur verwendet, die den Nachweis beschreibt; wenn keine angegeben wurde, wird dieses Feld leer gelassen. Die Masse wird in atomaren Masseneinheiten angegeben . Deuterierte Moleküle, die mindestens ein Deuterium ( 2 H)-Atom enthalten, haben leicht unterschiedliche Massen und sind in einer separaten Tabelle aufgeführt. Die Gesamtzahl der einzigartigen Spezies, einschließlich unterschiedlicher Ionisationszustände, ist in jeder Abschnittsüberschrift angegeben.

Die meisten der bisher nachgewiesenen Moleküle sind organischer Natur . Das einzige nachgewiesene anorganische Molekül mit fünf oder mehr Atomen ist SiH 4 . Moleküle, die größer sind, haben alle mindestens ein Kohlenstoffatom ohne N-N- oder O-O-Bindungen.

Kohlenmonoxid wird häufig verwendet, um die Massenverteilung in Molekülwolken zu verfolgen .

Zweiatomig (43)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
AlCl Aluminiummonochlorid 62,5
AlF Aluminiummonofluorid 46
AlO Aluminiummonoxid 43
Argonium 37 ArH +
C 2 Zweiatomiger Kohlenstoff 24
Fluormethylidinium 31 CF +
CH Methylidin-Radikal 13 CH +
CN Cyano-Radikal 26 CN + , CN
CO Kohlenmonoxid 28 CO +
CP Kohlenstoffmonophosphid 43
CS Kohlenstoffmonosulfid 44
FeO Eisen(II)-oxid 82
Heliumhydrid-Ion 5 HeH +
H 2 Molekularer Wasserstoff 2
HCl Chlorwasserstoff 36,5 HCl +
HF Fluorwasserstoff 20
HO Hydroxyl-Radikal 17 OH +
KCl Kaliumchlorid 75,5
NH Imidogen-Radikal fünfzehn
N 2 Molekularer Stickstoff 28
NEIN Stickoxid 30 NEIN +
NS Stickstoffsulfid 46
NaCl Natriumchlorid 58,5
Magnesiummonohydrid-Kation 25,3 MgH +
O 2 Molekularer Sauerstoff 32
PN Phosphormononitrid 45
Bestellung Phosphormonoxid 47
NS Schwefelmonohydrid 33 SH +
SO Schwefelmonoxid 48 SO +
SiC Karborund 40
Sünde 42
SiO Siliziummonoxid 44
SiS Siliziummonosulfid 60
TiO Titan(II)-oxid 63,9
Das H+
3
Kation ist eines der am häufigsten vorkommenden Ionen im Universum. Es wurde erstmals 1993 entdeckt.

Dreiatomig (44)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
AlNC Aluminiumisocyanid 53
AlOH Aluminiumhydroxid 44
C 3 Tricarbon 36
C 2 H Ethinylradikal 25
CCN Cyanomethylidin 38
C 2 O Dikohlenmonoxid 40
C 2 S Thioxoethenyliden 56
C 2 P 55
CO 2 Kohlendioxid 44
CanNC Calciumisocyanid 92
FeCN Eisencyanid 82
Protonierter molekularer Wasserstoff 3 h+
3
H 2 C Methylenradikal 14
Chloronium 37,5 H 2 Cl +
H 2 O Wasser 18 H 2 O +
HO 2 Hydroperoxyl 33
H 2 S Schwefelwasserstoff 34
HCN Blausäure 27
HNC Wasserstoffisocyanid 27
HCO Formylradikal 29 HCO +
HCP Phosphaethin 44
HCS Thioformyl 45 HCS +
Diazenylium 29 HN+
2
HNO Nitroxyl 31
Isoformyl 29 HOC +
HSC Isothioformyl 45
KCN Kaliumcyanid 65
MgCN Magnesiumcyanid 50
MgNC Magnesiumisocyanid 50
NH 2 Amino - Rest 16
N 2 O Lachgas 44
NaCN Natriumcyanid 49
NaOH Natriumhydroxid 40
OCS Carbonylsulfid 60
O 3 Ozon 48
SO 2 Schwefeldioxid 64
c -SiC 2 c - Siliziumdicarbid 52
SiCSi Disiliciumcarbid 68
SiCN Siliziumkarbonitrid 54
SiNC 54
TiO 2 Titandioxid 79,9
Formaldehyd ist ein organisches Molekül, das im interstellaren Medium weit verbreitet ist.

Vier Atome (29)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
CH 3 Methylradikal fünfzehn
l- C 3 H Propinylidin 37 l -C 3 H +
c -C 3 H Cyclopropynylidin 37
C 3 N Cyanoethinyl 50 C 3 N
C 3 O Trikohlenmonoxid 52
C 3 S Tricarbon sulfid 68
Hydronium 19 H 3 O +
C 2 H 2 Acetylen 26
H 2 CN Methylene amidogen 28 H 2 CN +
H 2 CO Formaldehyd 30
H 2 CS Thioformaldehyd 46
HCCN 39
HCCO Ketenyl 41
Protonierte Blausäure 28 HCNH +
Protoniertes Kohlendioxid 45 HOCO +
HCNO Fulminsäure 43
HOCN Cyansäure 43
CNCN Isocyanogen 52
HOOH Wasserstoffperoxid 34
HNCO Isocyansäure 43
HNCN Cyanomidyl Radikal 41
HNCS Isothiocyansäure 59
NH 3 Ammoniak 17
HSCN Thiocyansäure 59
SiC 3 Siliziumtricarbid  64
HMgNC Hydromagnesiumisocyanid  51,3
HNO 2 Salpetersäure 47
Methan , der Hauptbestandteil von Erdgas , wurde auch auf Kometen und in der Atmosphäre mehrerer Planeten des Sonnensystems nachgewiesen .

Fünf Atome (20)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
Ammoniumion  18 NH+
4
CH 4 Methan 16
CH 3 O Methoxy-Radikal 31
c -C 3 H 2 Cyclopropenyliden 38
l -H 2 C 3 Propadienyliden 38
H 2 CCN Cyanomethyl 40
H 2 C 2 O Keten 42
H 2 CNH Methylenimin 29
HNCNH Carbodiimid 42
Protoniertes Formaldehyd 31 H 2 COH +
C 4 H Butadiinyl 49 C 4 H
HC 3 N Cyanoacetylen 51
HCC-NC Isocyanoacetylen 51
HCOOH Ameisensäure 46
NH 2 CN Cyanamid 42
NH 2 OH Hydroxylamin 37
Protoniertes Cyanogen 53 NCCNH +
HC(O)CN Cyanoformaldehyd 55
C 5 Linear C 5 60
SiC 4 Siliziumkarbid-Cluster 92
SiH 4 Silan 32
Im ISM kann sich Formamid (oben) mit Methylen verbinden , um Acetamid zu bilden .

Sechs Atome (16)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
c- H 2 C 3 O Cyclopropenon 54
E-HNCHCN E- Cyanomethanimin 54
C 2 H 4 Ethylen 28
CH 3 CN Acetonitril 40
CH 3 NC Methylisocyanid 40
CH 3 OH Methanol 32
CH 3 SH Methanthiol 48
l -H 2 C 4 Diacetylen 50
Protoniertes Cyanoacetylen 52 HC 3 NH +
HCONH 2 Formamid 44
C 5 H Pentynylidyn 61
C 5 N Cyanobutadiinylradikal 74
HC 2 CHO Propynal 54
HC 4 N —  63
CH 2 CNH Ketenimin 40
C 5 S 92
Acetaldehyd (oben) und seine Isomere Vinylalkohol und Ethylenoxid wurden alle im interstellaren Raum nachgewiesen.

Sieben Atome (13)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
c -C 2 H 4 O Ethylenoxid 44
CH 3 C 2 H Methylacetylen 40
H 3 CNH 2 Methylamin 31
CH 2 CHCN Acrylnitril 53
H 2 CHCOH Vinylalkohol 44
C 6 H Hexatriinylradikal 73 C 6 H
HC 4 CN Cyanodiacetylen 75
HC 4 NC Isocyanodiacetylen 75
HC 5 O 77
CH 3 CHO Acetaldehyd 44
CH 3 NCO Methylisocyanat 57
HOCH 2 CN Glykolnitril 57
Die Radiosignatur von Essigsäure , einer in Essig vorkommenden Verbindung , wurde 1997 bestätigt.

Acht Atome (12)

Molekül Bezeichnung Masse
H 3 CC 2 CN Methylcyanoacetylen 65
HC 3 H 2 CN Propargylcyanid 65
H 2 COHCHO Glykolaldehyd 60
HCOOCH 3 Methylformiat 60
CH 3 COOH Essigsäure 60
H 2 C 6 Hexapentaenyliden 74
CH 2 CHCHO Propenal 56
CH 2 CCHCN Cyanoallen 65
CH 3 CHNH Ethanimin 43
C 7 H Heptatrienyl Radikal 85
NH 2 CH 2 CN Aminoacetonitril 56
(NH 2 ) 2 CO Harnstoff 60

Neun Atome (10)

Molekül Bezeichnung Masse Ionen
CH 3 C 4 H Methyldiacetylen 64
CH 3 OCH 3 Dimethylether 46
CH 3 CH 2 CN Propionitril 55
CH 3 CONH 2 Acetamid 59
CH 3 CH 2 OH Ethanol 46
C 8 H Octatetraynylradikal 97 C 8 H
HC 7 N Cyanohexatriin oder Cyanotriacetylen 99
CH 3 CHCH 2 Propylen (Propen) 42
CH 3 CH 2 SH Ethylmercaptan 62
CH 3 NHCHO N-Methylformamid
Diacetylen, HCCCCH
Methyldiacetylen, HCCCCCH3
Cyanotetraacetylen, HCCCCCCCCCN
Eine Reihe von von Polyinen abgeleiteten Chemikalien gehören zu den schwersten Molekülen, die im interstellaren Medium vorkommen.

Zehn oder mehr Atome (17)

Atome Molekül Bezeichnung Masse Ionen
10 (CH 3 ) 2 CO Aceton 58
10 (CH 2 OH) 2 Ethylenglykol 62
10 CH 3 CH 2 CHO Propanal 58
10 CH 3 OCH 2 OH Methoxymethanol 62
10 CH 3 C 5 N Methylcyanodiacetylen 89
10 CH 3 CHCH 2 O Propylenoxid 58
11 HC 8 CN Cyanotetraacetylen 123
11 C 2 H 5 OCHO Ethylformiat 74
11 CH 3 COOCH 3 Methylacetat 74
11 CH 3 C 6 H Methyltriacetylen 88
12 C 6 H 6 Benzol 78
12 C 3 H 7 CN n -Propylcyanid 69
12 (CH 3 ) 2 CHCN iso -Propylcyanid 69
13 C
6
h
5
CN
Benzonitril 104
13 HC 10 CN Cyanopentaacetylen 147
60 C 60 Buckminsterfulleren
(C 60 Fulleren)
720 C+
60
70 C 70 C 70 Fulleren 840

Deuterierte Moleküle (22)

Diese Moleküle enthalten alle ein oder mehr Deuteriumatom, einen schwereren Isotop von Wasserstoff .

Atome Molekül Bezeichnung
2 HD Wasserstoffdeuterid
3 H 2 D + , HD+
2
Trihydrogenkation
3 HDO, D 2 O Schweres Wasser
3 DCN Blausäure
3 DCO Formylradikal
3 DNC Wasserstoffisocyanid
3 N 2 D + — 
3 NHD, ND 2 Amidogen 
4 NH 2 D, NHD 2 , ND 3 Ammoniak
4 HDCO, D 2 CO Formaldehyd
4 DNCO Isocyansäure
5 NH 3 D + Ammoniumion
6 NH
2
CDO
; NHDCHO
Formamid
7 CH 2 DCCH, CH 3 CCD Methylacetylen

Unbestätigt (12)

Beweise für die Existenz der folgenden Moleküle wurden in der wissenschaftlichen Literatur berichtet, aber die Nachweise werden entweder von den Autoren als vorläufig beschrieben oder von anderen Forschern in Frage gestellt. Sie warten auf eine unabhängige Bestätigung.

Atome Molekül Bezeichnung
2 SiH Silylidin
4 PH 3 Phosphin
4 MgCCH Magnesiummonoacetylid
4 NCCP Cyanophosphaethin
5 H 2 NCO +
4 SiH 3 CN Silylcyanid
10 H 2 NCH 2 COOH Glycin
12 CO(CH 2 OH) 2 Dihydroxyaceton
12 C 2 H 5 OCH 3 Ethylmethylether
18 C
10
h+
8
Naphthalin- Kation
24 C 24 Graphen
24 C 14 H 10 Anthracen
26 C 16 H 10 Pyrenäen

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Externe Links