金属铵

金属铵,是一种简并态物质,也是一种电子化合物超原子。当氢气氨气被充分压缩,经过变后便会产生金属铵[1]。但这种相态的铵无法于标准状态下存在,标准状态下铵仅能以离子或溶液相(aq)状态存在。相关理论是基于铵与其他碱金属反应特性十分相近[1][2][3],而目前已知能于标准状态下存在的金属铵,只有与汞的合金,即铵汞齐[4][5]

金属铵
IUPAC名
Ammonium
识别
CAS号 14798-03-9  checkY
ChEBI 49783
性质
化学式 NH4·
18.0385 g/mol g·mol¹
相关物质
相关化学品 氯化铵铵盐
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

固态金属铵是由根离子组成的晶体结构,电子脱离了分子轨道,表现为一般金属中的传导电子

在高压下,浸在大量自由电子海中的铵离子可能会表现出类似于金属的性质,使得金属铵得以稳定,如同金属氢一般。冰巨星天王星海王星的内部就可能存在这种“金属铵”。[1][2][3]

存在可能性

铵根离子NH4+的性质与行为在许多方面都与金属离子相同。这导致Ramsey[6]认为一价的金属铵(NH4+离子浸泡在一个电子海)稳定在明显低于一般绝缘体-金属相变压力[7]兆帕〜1011帕(105帕=1巴)的压力。根据计算,从NH3和H2分子的混合物中的转换金属铵,发生在压力小于2.5×1010[8],与物理学家尤金·维格纳Hillard Bell Huntington预测金属氢的数值相当,由于该预测指出在250,000个大气压(约25GPa)下,氢原子失去对电子的束缚能力,呈现出金属性质[9],但由于此后的实验表明,对金属氢压力的最初假设不足[10],因此,要产生金属铵可能需要更高的压力[8]

在含巨大气体行星内部,若压力足够[1][2][3],则有可能出现金属铵[11][12],如天王星和海王星[1][3]

海王星

海王星内部有一些类似金属态简并态物质,作为行星学惯例,这种混合物被叫作,虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨大洋[13],是金属铵的一种可能结构。

合金

金属铵虽未能在标准大气压下(STP)存在,但其与汞的合金可以,1808年英国化学家汉弗里·戴维和瑞典化学家永斯·贝采利乌斯首次制取铵汞齐[14]。他们由电解氯化铵在汞阴极形成灰色海绵状的金属性物质[15]。最近的研究显示了结构的形式被假设成 H3N - Hg - H,这可能只溶解于汞为稳定的。若铵汞齐在室温下接触到酒精就容易分解:

结构

根据铵汞合金的相关研究,金属铵可能具有类似铵汞齐的结构 H3N - H - H3N,由质子、铵根、电子晶体排列而成,但无法在标准状况下存在。

网络文化

网络上经常出现所谓「超理」,用看似真实的理论描述不存在的事物。金属铵曾被描述为「赵明毅用铂电极电解熔融氯化铵,将阴极得到的气体加1MPa压并处于超低温状态,最终液氨与液氢相互化合,生成金属铵」,但实际上该反应并不会生成任何金属态物质。

化合物

经常有人谈论其化合物,但多半是恶搞文化超理的作品,例如氢化铵、氧化铵等。

参见

参考文献

  1. Bernal, M. F. M.; Massey, H. S. W. . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1954-04-01, 114 (2) [2022-10-14]. Bibcode:1954MNRAS.114..172B. ISSN 0035-8711. doi:10.1093/mnras/114.2.172. (原始内容存档于2021-11-29) (英语).
  2. Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon, Wiberg, Nils , 编, , 由Eagleson, Mary; Brewer, William翻译, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, 2001, ISBN 0-12-352651-5
  3. Stevenson, D. J. . Nature. 1975-11, 258 (5532) [2022-10-14]. Bibcode:1975Natur.258..222S. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/258222a0. (原始内容存档于2022-10-14) (英语).
  4. Prandtl, W.: Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, zwei führende Chemiker aus der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1948
  5. Reedy, J. H. . Journal of Chemical Education. 1929-10, 6 (10) [2022-10-14]. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed006p1767. (原始内容存档于2022-10-18) (英语).
  6. Ramsey, W. H., Mon. Not. R. astr. Soc., 111, 427–447 (1951).
  7. Ross, M., J. chem. Phys., 56, 4651–4653 (1972).
  8. Bernal, M. J. M., and Massey, H. S. W., Mon. Not. R. astr. Soc., 114, 172–179 (1954).
  9. Wigner, E.; Huntington, H. B. . The Journal of Chemical Physics. 1935-12, 3 (12) [2022-10-14]. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1749590. (原始内容存档于2022-10-14) (英语).
  10. Loubeyre, P.; LeToullec, R.; Hausermann, D.; Hanfland, M.; Hemley, R. J.; Mao, H. K.; Finger, L. W. . Nature. 1996-10, 383 (6602) [2022-10-14]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/383702a0. (原始内容存档于2022-10-15) (英语).
  11. Porter, W. S., Astr. J., 66, 243–245 (1961). 5.
  12. Ramsey, W. H., Planet. Space Sci., 15, 1609–1623 (1967).
  13. Atreya, S.; Egeler, P.; Baines, K. (pdf). Geophysical Research Abstracts. 2006, 8: 05179 [2013-05-26]. (原始内容存档 (PDF)于2012-02-05).
  14. Prandtl, W.: Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, zwei führende Chemiker aus der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1948
  15. Hofmann, Helmut. 4. durchgesehene, erw. und verb. Aufl. Berlin,: Walter de Gruyter. 1972. ISBN 3-11-003653-3. OCLC 884444 (德语).
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