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一氧化三氫

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一氧化三氫
別名 Trihydrogen monoxide, trihydrogenoxygen
識別
CAS號
SMILES
 
  • O.O.[H] [H]
性質
化學式 H3O
摩爾質量 19.02 g·mol−1
相關物質
相關化學品
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化三氫(英語:Trihydrogen oxide)是一種理論預測得到的無機化合物,化學式為H
3
O[1][2]。其作為一種假想的化合物分子,是不穩定多氧化氫類化合物中的一種。據預測,該化合物可能在天王星海王星的核心周圍形成一層薄薄的金屬液體,並構成該天體磁場來源[3]。計算表明,在這些行星的深層內部條件下, H3O在固態、超離子態和流體金屬狀下都很穩定。

合成

截至2023年,H3O尚未在實驗中觀測到,但通過CALYPSO法進行理論計算可以預製其存在[4]。計算表明,H3O在450-600 GPa壓力範圍內可穩定存在,並可通過下列反應得到:

2H
2
O + H
2
→ 2H
3
O

物理性質

此化合物組成不是嚴格意義上的單個H3O分子,相反,每個氧原子通過共價鍵僅與兩個氫原子相連形成一個水分子,並且在水分子網絡的空隙中插入了一個H2分子。因此從結構上來看其分子式為2(H
2
O) · H
2
[5]

在600 GPa和7000 K下,其預估密度為4.3 g/cm3。以恆定密度條件下對不同溫度進行分子動力學模擬顯示出一下性質[5]

  • 在1000 K,H
    3
    O晶體為正交晶系空間群Cmca
  • 在1250 K,固態H
    3
    O轉變為超離子態。
  • H
    3
    O在5250 K下發生液化,形成具有類似金屬的電導率的液體。

天王星和海王星磁場構成

天王星和海王星的磁場很特殊,磁場為非雙極磁場且非軸對稱。如果磁場是由足夠薄的導電層在發電機理論模型下產生的,那這一事實可以得到解釋。然而這兩種行星的磁場起源仍然存在疑惑,因為這兩種行星核可能為堅硬固體,而厚厚的冰層導電性太差,無法產生這種效應[6][7][8]

參考文獻

  1. ^ Stuart, Sam. Nomenclature of Inorganic Chemistry: Inorganic Chemistry Division Commission on Nomenclature of Inorganic Chemistry. Elsevier. 11 September 2013 [17 May 2023]. ISBN 978-1-4832-8447-7 (英語). 
  2. ^ Steinberg, Paul. A Salamander's Tale: My Story of Regeneration?Surviving 30 Years with Prostate Cancer. Simon & Schuster. 21 April 2015 [17 May 2023]. ISBN 978-1-63220-953-5 (英語). 
  3. ^ Krämer, Katrina. Metallic trihydrogen oxide could explain ice giants' strange magnetic fields. Chemistry World. 9 March 2020 [17 May 2023] (英語). 
  4. ^ Wang, Yanchao; Lv, Jian; Zhu, Li; Ma, Yanming. CALYPSO: A method for crystal structure prediction. Computer Physics Communications. 1 October 2012, 183 (10): 2063–2070 [17 May 2023]. Bibcode:2012CoPhC.183.2063W. ISSN 0010-4655. S2CID 44427602. arXiv:1205.2264可免費查閱. doi:10.1016/j.cpc.2012.05.008 (英語). 
  5. ^ 5.0 5.1 Huang, Peihao; Liu, Hanyu; Lv, Jian; Li, Quan; Long, Chunhong; Wang, Yanchao; Chen, Changfeng; Ma, Yanming. Metallic liquid H3O in a thin-shell zone inside Uranus and Neptune. 16 August 2019. arXiv:1908.05821可免費查閱 [physics.comp-ph]. 
  6. ^ Stanley, Sabine; Bloxham, Jeremy. Convective-region geometry as the cause of Uranus' and Neptune's unusual magnetic fields. Nature. March 2004, 428 (6979): 151–153 [17 May 2023]. Bibcode:2004Natur.428..151S. ISSN 1476-4687. PMID 15014493. S2CID 33352017. doi:10.1038/nature02376 (英語). 
  7. ^ Stanley, Sabine; Bloxham, Jeremy. Numerical dynamo models of Uranus' and Neptune's magnetic fields. Icarus. 1 October 2006, 184 (2): 556–572 [17 May 2023]. Bibcode:2006Icar..184..556S. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2006.05.005 (英語). 
  8. ^ 何宇,Duck Young Kim,Chris J.Pickard,; Richard J.Needs,胡清揚,毛河光. 高温高压下水合矿物超离子态氢的第一性原理研究. 中國礦物岩石地球化學學會第17屆學術年會. 杭州. 2019-04-19.