一氧化三氢

一氧化三氢(英語:Trihydrogen oxide)是一种理论预测得到的无机化合物,化学式为H
3
O[1][2]。其作为一种假想的化合物分子,是不稳定多氧化氢类化合物中的一种。据预测,该化合物可能在天王星海王星的核心周围形成一层薄薄的金属液体,并构成该天体磁场来源[3]。计算表明,在这些行星的深层内部条件下, H3O在固态、超离子态和流体金属状下都很稳定。

一氧化三氢
别名 Trihydrogen monoxide, trihydrogenoxygen
识别
CAS号
SMILES
 
  • O.O.[H] [H]
性质
化学式 H3O
摩尔质量 19.02 g·mol−1
相关物质
相关化学品
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

合成

截至2023年,H3O尚未在实验中观测到,但通过CALYPSO法进行理论计算可以预制其存在[4]。计算表明,H3O在450-600 GPa压力范围内可稳定存在,并可通过下列反应得到:

2H
2
O + H
2
→ 2H
3
O

物理性质

此化合物组成不是严格意义上的单个H3O分子,相反,每个氧原子通过共价键仅与两个氢原子相连形成一个水分子,并且在水分子网络的空隙中插入了一个H2分子。因此从结构上来看其分子式为2(H
2
O) · H
2
[5]

在600 GPa和7000 K下,其预估密度为4.3 g/cm3。以恒定密度条件下对不同温度进行分子动力学模拟显示出一下性质[5]

  • 在1000 K,H
    3
    O晶体为正交晶系空间群Cmca
  • 在1250 K,固态H
    3
    O转变为超离子态。
  • H
    3
    O在5250 K下发生液化,形成具有类似金属的电导率的液体。

天王星和海王星磁场构成

天王星和海王星的磁场很特殊,磁场为非双极磁场且非轴对称。如果磁场是由足够薄的导电层在发电机理论模型下产生的,那这一事实可以得到解释。然而这两种行星的磁场起源仍然存在疑惑,因为这两种行星核可能为坚硬固体,而厚厚的冰层导电性太差,无法产生这种效应[6][7][8]

参考文献

  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 (英语). 
  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 (英语). 
  3. ^ Krämer, Katrina. Metallic trihydrogen oxide could explain ice giants' strange magnetic fields. Chemistry World. 9 March 2020 [17 May 2023] (英语). 
  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 . doi:10.1016/j.cpc.2012.05.008 (英语). 
  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  [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 (英语). 
  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 (英语). 
  8. ^ 何宇,Duck Young Kim,Chris J.Pickard,; Richard J.Needs,胡清扬,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. 中国矿物岩石地球化学学会第17届学术年会. 杭州. 2019-04-19.