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金屬銨

化合物

金屬銨，是一種簡併態物質，也是一種電子化合物及超原子。當氫氣與氨氣被充分壓縮，經過相變後便會產生金屬銨[1]。但這種相態的銨無法於標準狀態下存在，標準狀態下銨僅能以離子或溶液相（aq）狀態存在。相關理論是基於銨與其他鹼金屬反應特性十分相近[1][2][3]，而目前已知能於標準狀態下存在的金屬銨，只有與汞的合金，即銨汞齊[4][5]。

金屬銨
IUPAC名
Ammonium
識別
CAS號 14798-03-9  checkY
ChEBI 49783
性質
化學式 NH4·
摩爾質量 18.0385 g/mol g·mol⁻¹
相關物質
相關化學品 銨、氯化銨、銨鹽
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

固態金屬銨是由銨根離子組成的晶體結構，電子脫離了分子軌道，表現為一般金屬中的傳導電子。

在高壓下，浸在大量自由電子海中的銨離子可能會表現出類似於金屬的性質，使得金屬銨得以穩定，如同金屬氫一般。冰巨星天王星與海王星的內部就可能存在這種「金屬銨」。[1][2][3]

存在可能性

銨根離子NH4+的性質與行為在許多方面都與金屬離子相同。這導致Ramsey[6]認為一價的金屬銨（NH4+離子浸泡在一個電子海）穩定在明顯低於一般絕緣體-金屬相變壓力[7]兆帕〜1011帕（105帕=1巴）的壓力。根據計算，從NH3和H2分子的混合物中的轉換金屬銨，發生在壓力小於2.5×1010帕[8]，與物理學家尤金·維格納和Hillard Bell Huntington預測金屬氫的數值相當，由於該預測指出在250,000個大氣壓（約25GPa）下，氫原子失去對電子的束縛能力，呈現出金屬性質[9]，但由於此後的實驗表明，對金屬氫壓力的最初假設不足[10]，因此，要產生金屬銨可能需要更高的壓力[8]。

在含氮的巨大氣體行星內部，若壓力足夠[1][2][3]，則有可能出現金屬銨[11][12]，如天王星和海王星[1][3]。

海王星

主條目：海王星

海王星內部有一些類似金屬態的簡併態物質，作為行星學慣例，這種混合物被叫作冰，雖然其實是高度壓縮的過熱流體。這種高電導的流體通常也被叫作水－氨大洋，[13]，是金屬銨的一種可能結構。

合金

主條目：銨汞齊

金屬銨雖未能在標準大氣壓下（STP）存在，但其與汞的合金可以，1808年英國化學家漢弗里·戴維和瑞典化學家永斯·貝采利烏斯首次製取銨汞齊[14]。他們由電解氯化銨在汞陰極形成灰色、海綿狀的金屬性物質[15]。最近的研究顯示了結構的形式被假設成 H3N - Hg - H，這可能只溶解於汞為穩定的。若銨汞齊在室溫下接觸到水或酒精就容易分解:

 

結構

根據銨汞合金的相關研究，金屬銨可能具有類似銨汞齊的結構 H3N - H - H3N，由質子、銨根、電子晶體排列而成，但無法在標準狀況下存在。

軼事

網絡文化中，經常有人談論其化合物，但多半是惡搞文化作品，例如氫化銨、氧化銨等。金屬銨曾被描述為「用鉑電極電解熔融氯化銨，將陰極得到的氣體加1MPa壓並處於超低溫狀態，最終液氨與液氫相互化合，生成金屬銨」，但實際上該反應並不會生成任何金屬態物質。

參見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Bernal, M. F. M.; Massey, H. S. W. Metallic Ammonium. 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. （原始內容存檔於2021-11-29） （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon, Wiberg, Nils , 編, Inorganic Chemistry, 由Eagleson, Mary; Brewer, William翻譯, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, 2001, ISBN 0-12-352651-5 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Stevenson, D. J. Does metallic ammonium exist?. Nature. 1975-11, 258 (5532) [2022-10-14]. Bibcode:1975Natur.258..222S. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/258222a0. （原始內容存檔於2022-10-14） （英語）. 
  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. Lecture demonstration of ammonium amalgam. Journal of Chemical Education. 1929-10, 6 (10) [2022-10-14]. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed006p1767. （原始內容存檔於2022-10-18） （英語）. 
  6. ^ Ramsey, W. H., Mon. Not. R. astr. Soc., 111, 427–447 (1951).
  7. ^ Ross, M., J. chem. Phys., 56, 4651–4653 (1972).
  8. ^ 8.0 8.1 Bernal, M. J. M., and Massey, H. S. W., Mon. Not. R. astr. Soc., 114, 172–179 (1954).
  9. ^ Wigner, E.; Huntington, H. B. On the Possibility of a Metallic Modification of Hydrogen. The Journal of Chemical Physics. 1935-12, 3 (12) [2022-10-14]. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1749590. （原始內容存檔於2022-10-14） （英語）. 
  10. ^ Loubeyre, P.; LeToullec, R.; Hausermann, D.; Hanfland, M.; Hemley, R. J.; Mao, H. K.; Finger, L. W. X-ray diffraction and equation of state of hydrogen at megabar pressures. Nature. 1996-10, 383 (6602) [2022-10-14]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/383702a0. （原始內容存檔於2022-10-15） （英語）. 
  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. Water-ammonia ionic ocean on Uranus and Neptune? (pdf). Geophysical Research Abstracts. 2006, 8: 05179 [2013-05-26]. （原始內容存檔 (PDF)於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. Qualitative Analyse, 4. durchgesehene, erw. und verb. Aufl. Berlin,: Walter de Gruyter. 1972. ISBN 3-11-003653-3. OCLC 884444 （德語）. 
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