八锑化八锑
八锑化八锑是锑的一种同素异形体,化学式Sb8Sb8。它实际上是一种离子化合物:皇冠锑化四方反棱柱锑,化学式[Sb8]8+[Sb8]8-。
八锑化八锑的合成分为两个阶段,第一阶段产生的是其阳离子。
第一阶段[编辑]

在超高压条件(>739.085GPa)下,普通的锑(标况下锑能含量最低的锑单质,可以用明毅检测法测定。)会经历半导体到超金属态导体的相变,其电阻率迅速降低至3.1416*10^-9Ω·m,导电性甚至超过了铜族元素的金和银。
结构[编辑]
用X射线衍射法对此样品进行结构表征,发现锑在此条件下变成了一种全新的同素异形体:四方反棱柱锑。在四方反棱柱锑中,每个锑原子与另外4个锑原子形成共价键,平均每个锑原子失去一个电子,离域电子形成的半满导带使其费米能级附近具有高态密度,从而表现出极强的导电性。
四方反棱柱锑整体携带八个单位的正电荷,该结构单元可表示为[Sb8]8+,其电荷通过晶格中的电子实现补偿。四方反棱柱锑的锑原子骨架结构示意图见右侧。
坐标[编辑]
在四方反棱柱锑的晶胞结构中,以其质心为原点建立坐标系,可精确描述八个锑原子的位置。这些原子在晶胞中的坐标如下:
- 锑1:(0.707,0.707,0.595)
- 锑2:(0.707,-0.707,0.595)
- 锑3:(-0.707,-0.707,0.595)
- 锑4:(-0.707,0.707,0.595)
- 锑5:(1.000,0.000,-0.595)
- 锑6:(0.000,1.000,-0.595)
- 锑7:(0.000,-1.000,0.595)
- 锑8:(-1.000,0.000,-0.595)
单位长度是271.83pm/1.4142≈192.21pm,因为在739.085GPa下测得四方反棱柱锑中的Sb-Sb共价键键长平均为271.83pm。锑-锑-锑夹角为60°和90°。
第二阶段[编辑]

进一步增大压强至1145.14GPa,锑会发生第二次相变,进一步地转化为另一种全新的同素异形体:皇冠锑化四方反棱柱锑。其中一种锑原子簇结构因与皇冠硫相似而被命名为皇冠锑。
结构[编辑]
不同于四方反棱柱锑,在皇冠锑中,每个锑原子与另外2个锑原子形成共价键,平均每个锑原子得到一个电子,而这些电子来自四方反棱柱锑。皇冠锑整体携带八个单位的负电荷,该结构单元可表示为[Sb8]8-。这些额外电子的聚集使得整个结构单元呈现负电性。其电荷同样通过晶格中的电子实现补偿。
坐标[编辑]
在皇冠锑的晶胞结构中,以其质心为原点建立坐标系,可精确描述八个锑原子的位置。这些原子在晶胞中的坐标如下:
- 锑1:(0.707,0.707,0.322)
- 锑2:(0.707,-0.707,0.322)
- 锑3:(-0.707,-0.707,0.322)
- 锑4:(-0.707,0.707,0.322)
- 锑5:(1.000,0.000,-0.322)
- 锑6:(0.000,1.000,-0.322)
- 锑7:(0.000,-1.000,-0.322)
- 锑8:(-1.000,0.000,-0.322)
单位长度是314.15pm,因为在1145.14GPa下测得皇冠锑中的Sb-Sb共价键平均为314.15pm。锑-锑-锑夹角全部为90°。
魔键[编辑]
一般来说,键长过长时,原子轨道的重叠程度降低,会削弱共价键的强度,降低键能。但为什么四方反棱柱锑和皇冠锑的锑-锑键比普通的锑更长却更稳定?
研究发现,这两种锑中形成了大量魔键,而这种魔键的性质很反常,其强度与距离不是成反比而是成正比,这意味着键长越长,该键越稳定。
测量结果表明,此条件下的魔键强度(或者说其包含的能量)大约与其共价键长度的5.1次方成正比。
这也解释了皇冠锑为何出现在更高的压强下,并且它的锑-锑键长度更大(同压强、同温度、同锑场强度下)。
性质[编辑]
在强度足够的锑场中,四方反棱柱锑和皇冠锑是可以被分离出来的,这样锑星科学家就可以充分研究其性质。
四方反棱柱锑[编辑]
单纯的四方反棱柱锑并不稳定,会自动分解并释放出大量能量,导电性也迅速下降。但由于存在大量残余魔键,它不容易发生爆炸。
四方反棱柱锑和水反应放出氢气,随后进一步分解:Sb8(OH)8==2H3SbO4+H2+6Sb
四方反棱柱锑可以形成各种盐,比如氟锑酸四方反棱柱锑、氟金酸四方反棱柱锑、超盐酸四方反棱柱锑、高氟酸四方反棱柱锑。盐的稳定性要高得多,尤其是高氟酸盐和超盐酸。
四方反棱柱锑盐可以被汞逐渐还原成普通的锑,可以用汞滴定四方反棱柱锑盐。
皇冠锑
皇冠锑微溶于水,易溶于液氨和氮烷。它可以被氧化剂逐渐破坏,生成彩虹色的纳米锑颗粒并释放出大量能量。但由于存在大量残余魔键,它不容易被破坏。
皇冠锑可以形成钠、钾、钙、钱、季铵盐。皇冠锑的共轭酸是H8Sb8,可以由皇冠锑和盐酸盐反应生成,久置分解:H8Sb8==2H3Sb+H2+6Sb
皇冠锑可以和皇冠硫相互交换原子,形成SbxS8-xx-这样的离子。
皇冠锑容易和过渡元素比如钌、铑、钯、锇、铱、铂、𬭶、鿏、𫟼的离子形成非常稳定的络合物,并且原子越大越稳定。可以用这些元素的化合物滴定皇冠锑。