「超盐酸」：修訂間差異
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-{H|鉲; zh-hans:鉲; zh-hant:鉲; zh-cn:鉲; zh:鉲;}-{{这不是真相}} | |||
{{化合物 | {{存在英文版本|Hyperhydrochloric Acid}}{{FA}} | ||
{{化合物信息 | |||
| title1= | |||
| image1=超理吧.jpg | |||
| caption1=超盐酸 | |||
| 化学式=(HCl)<sub>10</sub> | |||
| 分子量=364.61 | |||
| 学名=1,2,3-三乙亚氯烷基环丁亚氯烷 | |||
| 别名= | |||
*三乙亚氯烷基环丁亚氯烷 | |||
*超盐酸 | |||
| 颜色= | |||
| 物态=气态 | |||
| 沸点=273.15K（1标准大气压） | |||
| 熔点=理论熔点为-273.15K（实际尚未制得其晶体） | |||
| 升华点= | |||
| 凝华点= | |||
| 闪点= | |||
| 密度=2.013×10<sup>3</sup>kg/cm<sup>3</sup> | |||
| 莫氏硬度= | |||
| 晶系= | |||
| ph值= | |||
| 半数致死量= | |||
| 特殊性质= | |||
}} | |||
'''三乙亚氯烷基环丁亚氯烷'''，全名'''1,2,3-三乙亚氯烷基环丁亚氯烷'''，分子式为'''(HCl)<sub>10</sub>'''，俗称'''超盐酸'''（[[Hyperhydrochloric Acid]]），摩尔质量364.61g/mol，是一种重要的强酸。 | |||
著名超理学家'''[[赵明毅]]'''早在公元前250年前后便发现了超盐酸，并提出了其制备方法。后来他和他的弟子又对超盐酸的性质进行了较为深入的研究。可以说，超盐酸的发现是超理学发展史上的一座里程碑。 | |||
超盐酸 | ==历史== | ||
有关超盐酸的记载大多出现在[[《锑氏秘集》]]中。相传此书由赵明毅在锑星的安提莫尼王朝年代间写作，此书主要记载了他的生平和他在超理学方面的成就。 | |||
<!--<tabview> | |||
超盐酸/《锑氏秘集》选段|《锑氏秘集》选段 | |||
</tabview>--> | |||
{{《锑氏秘集》选段}} | |||
上述两段记载是为数不多的有关超盐酸的史料，其中还记载了诸多自然界的超理现象。这同时表明超理与人们的生活是息息相关的，人们的身边，处处都有超理。只要勇于探索自然界的奥秘，你就能成为下一个赵明毅！ | |||
超盐酸的 | ==制备== | ||
无论是工业生产，还是实验室合成，超盐酸的制备都具有重要意义，是反映国家工业、科研实验室水准的重要指标，并且在各类罕见化合物的制备中扮演不可或缺的重要角色。 | |||
===工业生产=== | |||
[[File:运输超盐酸的镀铯卡车.png|frame|运输超盐酸的镀铯卡车|左]] | |||
[[File:立式超盐酸合成塔.png|frame|立式超盐酸合成塔]]超盐酸是重要的化工产品，但是由于其实验室合成的条件已相当苛刻，基本无法工业化生产，所以现在各大化工厂都是高额向化学实验室分批收购，通过特别的镀铯卡车运输。由于各实验室的[[RP]]有所不同，送来的超盐酸也有所不同，所以工业制品超盐酸的浓度不高，质量也不甚好。 | |||
超盐酸在工业上用途广 | ===实验室合成=== | ||
[[File:座式超盐酸合成塔.png|frame|座式超盐酸合成塔|左]] | |||
====金属高温催化法==== | |||
超盐酸的合成条件很苛刻，一种人工的实验室合成方法，是由中国籍锑星裔的著名物理学家、化学家、超理学家[[赵明毅]]于公元前250年发现的。 | |||
《[[锑氏秘集]]》中有关记载为：“兲星（锑星的旧称）冬月，降霜（锑星空气中存在氯化氢，遇冷液化成霜）味辛。扫取以水淋汁，金属倒入钫制器，发功煎炼而成。启之，则色雅气芳，人皆好之。乃贡之于陛下，上用以熏殿，数日而香不散。” | |||
秘集中还说，这个方法“得天独厚，浑然天成，乃锑氏赵家之秘传也”。但上述记载似乎刻意模糊了制备的详细过程，且由于年代久远难以考证，他是否真正合成了超盐酸已不得而知。所以现代学者多认为赵明毅只提出了这一方法，但并未应用该方法。 | |||
====锑鉲催化法==== | |||
2007年，经[[万草园主]]的研究和改良，提出了当今世界各地使用的方法——锑[[鉲]]催化法，在实验室合成塔进行。其步骤为：在盛有γ-鉲和锑单质的密闭容器中配制38%的氯化氢水溶液，小心把温度升高到523.15K，压强升高到500MPa，氯化氢分子会按10:1的比例化合成(HCl)<sub>10</sub>分子。该反应的机理如下： | |||
#2分子氯化氢在γ-鉲的催化下生成反-乙氯(III)烯（(E)-1λ<sup>3</sup>,2λ<sup>3</sup>-dichlorene），再加成1个HCl分子生成一氯代乙氯(III)烷（1λ<sup>3</sup>,2λ<sup>3</sup>-trichlorane）。<br>[[File:超盐酸合成1.svg]] | |||
#3分子一氯代乙氯(III)烷在锑单质的催化下形成四元氯环：三乙氯(III)烷基环丁氯(III)烷（tris(1λ<sup>3</sup>,2λ<sup>3</sup>-dichloranyl)-1<sup>3</sup>,2<sup>3</sup>,3<sup>3</sup>,4<sup>3</sup>-tetrachloretane）。（以下用R-代表乙氯(III)烷基）。<br>[[File:超盐酸合成2.svg]] | |||
====太阳能催化法==== | |||
将250mol氯化氢缓缓通入一大容积的圆底烧瓶，并将烧瓶暴露在意大利的阳光下。经过约3.153×10<sup>7</sup>s，反应完成。圆底烧瓶内出现25mol的三乙亚氯烷基环丁亚氯烷。制取时务必注意，该反应不可用螺纹盖玻璃小瓶代替圆底烧瓶，否则反应速率会大大降低，甚至无法进行。经进一步研究，用加利福尼亚的阳光替代意大利的阳光，反应时间可以缩短近一半（1.7×10^7s）。新合成的超盐酸往往混有HCl杂质，人们通常利用二者沸点不同而将其分离纯化。 | |||
该制备方法的优势在于免去了锑和鉲的催化，但需要耗费大量时间，因此未被广泛采用。 | |||
====水银催化法==== | |||
据[[赵明毅]]称，他发现了直接制取高纯超盐酸的催化剂[[水银]]（Ag·H<sub>2</sub>O）。由于该方法目前被严格保密，人们无法获得更深层的资料。 | |||
====炼辉锑矿法==== | |||
日前有科学家称，[[辉锑矿]]在被加热时会伴有超盐酸酸雾的产生。他还提出，这是由于辉锑矿形成的微弱的锑场导致的。目前尚未证实这一说法。 | |||
==结构== | |||
[[File:超盐酸的布-万氏结构式.svg|left|图1 超盐酸的布-万氏结构式（三价氯）|缩略图|250x250像素]] | |||
[[File:Bd6f94504fc2d562a0b3dd84f01190ef77c66cf2.png|thumb|220x220px|图2 超盐酸的布-万氏结构式（五价氯）]] | |||
[[File:超盐酸.jpg|thumb|220x220px|左|图3]] | |||
[[File:ISOHYPERHYDROCHLORIC ACID.jpg|缩略图|图4 异超盐酸的结构]] | |||
超盐酸是一个结构复杂的化合物，按照经典的[[布-万氏结构式]]，超盐酸的结构如图1（三价氯）。此外，有0.1%的超盐酸的结构如图2（五价氯）。两种结构为互变异构体。 | |||
但这一模型难以解释超盐酸独特的理化性质。因此，赵明毅运用[[量子超理学]]，成功解释了超盐酸复杂的结构。实际上，超盐酸在刚合成时成键的确如图所示。但在合成后约0.38s，氯原子核开始按照超理统计规律分裂，即每个氯原子核完全分裂成质子和中子。中子几乎保持静止，而180个质子则通过强相互作用形成了庞大介稳的p<sub>180</sub>结构，即赵明毅所说的“[[魔键]]”（图3）。其余的180个电子在这个结构中高速运动，由于此时原子核事实上已经不存在，电子可以看作既在原子核中运动又在原子核外运动。赵明毅对超盐酸结构的解释被称为[[质子轨道理论]]。该理论很好地符合了实验结果，因此赵明毅获得了1098年的第一届[[沈括杯梦溪奖|沈括杯梦溪化学奖]]。 | |||
超盐酸还有一种异构体，即[[四䐂基环己亚氯烷]]，全名[[四甲亚氯烷基环己亚氯烷]]，俗称异超盐酸，结构见图4。 | |||
==物理性质== | |||
===超盐酸=== | |||
超盐酸的密度为2.013×10<sup>3</sup>kg/cm<sup>3</sup>，气态时密度为16.27g/L。经推算，超盐酸的理论熔点为-273.15K（实际尚未制得其晶体），沸点273.15K（1标准大气压）。 | |||
超盐酸在常温常压下是淡粉色气体。理论推测，纯的超盐酸是无味的，但目前合成的超盐酸具有芳香的气味，这可能是因为混有部分芳香烃（由质子再结合引起）的缘故。超盐酸能与水、乙醇、苯、[[水银]](Ag·H<sub>2</sub>O)、超硝酸、臭溴、脱碳甲醛、四氧化碳以任意比例混溶。 | |||
===超盐酸的水溶液=== | |||
[[File:超盐酸中魔键的形成过程.png|frame|超盐酸中魔键的形成过程]] | |||
[[File:超盐酸.png|thumb|在镀铯玻璃瓶中的超盐酸水溶液]] | |||
超盐酸的水溶液一般呈漂亮的橘红色，由稀至浓依次为淡粉色、粉红色、橘红色、玫瑰红色。 | |||
一般来说，实验室使用0.025mol/L或0.661%的超盐酸水溶液，pH≈0.602，密度约1.38×10<sup>3</sup>kg/m<sup>3</sup>。有时会用较浓的超盐酸，即0.25mol/L或6.037%的超盐酸水溶液，pH≈-0.398，密度约1.51×10<sup>3</sup>kg/m<sup>3</sup>。市售的浓超盐酸一般浓度在2.50mol/L左右，即质量分数52.386%，pH≈-1.398，密度约1.74×10<sup>3</sup>kg/m<sup>3</sup>。 | |||
据传著名超理学家赵明毅所开办的赵氏试剂店曾出售过质量分数高达380%的极浓超盐酸，引得锑星诸多著名料学家、超理学家竞相购买。[[涂效灰]]曾自豪地在他的自传中提及此事：“Wos hige sh abi！（锑星语）” | |||
==化学性质== | |||
超盐酸的化学性质繁多，下面仅列出最主要的部分。若欲查看更加前沿的超盐酸的理论研究，请移步本词条末关于超盐酸前沿性质研究的栏目。 | |||
===酸性=== | |||
超盐酸具有极强的酸性。高中超理学规定，超盐酸、[[超硫酸]]、[[超硝酸]]、[[超魔酸]]、[[红氧化氢]]、[[高氟酸]]为六大无理强酸（参见[[《无理化学 第五版》]]）。 | |||
以下是一些常见的反应： | |||
*(HCl)<sub>10</sub>+10NaOH→Na<sub>10</sub>Cl<sub>10</sub>+H<sub>2</sub>O | |||
*10Yr+(HCl)<sub>10</sub>→Yr<sub>10</sub>Cl<sub>10</sub>+5H<sub>2</sub>↑（Yr为119号元素[[𨭦]]） | |||
*5Ag·H<sub>2</sub>O+(HCl)<sub>10</sub>→Ag<sub>5</sub>Cl<sub>10</sub>+5H<sub>4</sub>O（Ag·H<sub>2</sub>O为[[水银]]；Ag<sub>5</sub>Cl<sub>10</sub>为[[超盐酸高银]]，其中银呈+2价；H<sub>4</sub>O为[[水合氢气]]分子） | |||
===电离=== | |||
超盐酸是很强的质子酸，在水溶液中完全电离出180个氢离子（质子）和1个一百八十五中子合一百八十电子离子。该电离方程式如下： | |||
:(HCl)<sub>10</sub><math>\rightleftharpoons</math> 180H<sup>+</sup> + [n<sub>185</sub>e<sub>180</sub>]<sup>180−</sup> | |||
经理论测算，超盐酸的酸性为[[魔酸]]的3.451×10<sup>7</sup>倍，但由于条件的限制，目前在超盐酸的水溶液中并没有观测到(HCl)<sub>10</sub>分子。所以超盐酸被看作是真正的完全电离。 | |||
===氧化性和还原性=== | |||
因为超盐酸中存在几乎裸露的质子和电子，它具有极强的氧化性和还原性，仅次于电极。其氧化还原的标准电极电势如下： | |||
:(HCl)<sub>10</sub> + 180e<sup>-</sup><math>\rightleftharpoons</math> 90H<sub>2</sub> + [n<sub>185</sub>e<sub>180</sub>]<sup>180−</sup>{{Right|1=E<sup>Θ</sup>=50.0V}} | |||
:175D<sup>+</sup> + 5T<sup>+</sup> + 180e<sup>-</sup><math>\rightleftharpoons</math> (HCl)<sub>10</sub>{{Right|1=E<sup>Θ</sup>=50.0V}} | |||
由于其标准电极电势高于地球人安全电压36.0V，超盐酸在氧化还原中的使用受锑星标准APS-B0250<ref>'''锑星标准APS-B0250'''，全称为the Biology-250th Standard of Antimony Planet，锑星的第250号生物学标准，规定地球人在使用超盐酸进行氧化还原反应时一定要戴银手套或铜手套，以防触电。</ref>的严格控制。 | |||
超盐酸强氧化性与强还原性的并存令[[Hamboltpenguin]]博士为之痴迷。经过1年的潜心研究，这位来自南极洲的女化学家根据量子力学的成果，提出了[[电子叠加理论]]。根据该理论，<nowiki>[</nowiki>n<sub>185</sub>e<sub>180</sub><nowiki>]</nowiki><sup>180-</sup>离子在溶液中变为带负电的中子体系，即0号元素：中子形成中子能量壁垒，电子在其中高速运动，使得质子与电子分开，分别体现氧化性与还原性。 | |||
====氧化性==== | |||
[[File:二氯化九氦.png|frame|二氯化九氦]] | |||
[[File:二氯化九氦的布-万氏结构式.svg|frame|二氯化九氦的布-万氏结构式]] | |||
超盐酸能氧化氦气，产生9273.15K的高温，生成一种彩色荧光的液体。经赵明毅测定该产物为[[二氯化九氦]]，但其中氦的分数氧化数令他百思不得其解。2007年2月，万草园主在经过了闭门29天的“[[格旧书致知]]”，终于提出了He<sub>9</sub>Cl<sub>2</sub>的布-万氏结构式（如图6）。并根据“[[诱导效应]]”，判断其中的Cl为-5价，8/9的He为+1价，1/9的He为+2价。 | |||
:(HCl)<sub>10</sub> + 9He→He<sub>9</sub>Cl<sub>2</sub> + H<sub>2</sub> + 8HCl | |||
超盐酸能氧化氟气，生成氢气和黑色固体FCl。经测定，固态FCl为离子晶体F<sup>+</sup>Cl<sup>-</sup>，其晶体结构为氯化铯型。对于为什么在FCl中氟显正价目前众说纷纭。比较认同的解释是因为氟的电子亲合势小于氯，同时比氯少了3s、3p<sub>x</sub>、3p<sub>y</sub>和3p<sub>z</sub>四个轨道的缘故。 | |||
:(HCl)<sub>10</sub> + 5F<sub>2</sub>→5H<sub>2</sub> + 10FCl | |||
====还原性==== | |||
超盐酸在电-质子隔离膜（[[锑化鉲]]）的作用下可直接还原碱金属化合物为单质。在约100~150K的温度条件下，超盐酸可以被碱金属（Cs除外）氧化，生成负氧化态的碱金属化合物，如[[超盐酸钠]]（Cl<sub>10</sub>Na<sub>10</sub>）等。 | |||
===腐蚀性=== | |||
[[File:超盐酸（铯封装）.png|thumb|超盐酸（铯封装）]] | |||
超盐酸具有极强的腐蚀性，能溶解Pt、Au、V等和几乎所有的有机物（包括聚四氟乙烯）： | |||
:(HCl)<sub>10</sub>+Au→Au(HCl)<sub>9</sub>+Cl<sub>2</sub> | |||
:(HCl)<sub>10</sub>+3V→V(HCl)<sub>8</sub>+VH<sub>2</sub>+VCl<sub>2</sub> | |||
但是Cs单质却会在其中钝化，生成难溶的配合物Cs(HCl)<sub>10</sub>。因此超盐酸通常用纯铯制的器皿盛装。 | |||
:(HCl)<sub>10</sub>+Cs→Cs(HCl)<sub>10</sub> | |||
===其它=== | |||
日前，日本科学家最新论文表明“水里过量的氢氘比是因为化学反应使氢缓慢地变成氘”，水中的中子被超盐酸浸润脱出了。这是超盐酸与非电磁相互作用型物质反应的典范。 | |||
由于超盐酸会在强锑场环境下与水发生以下剧烈反应，因此对于超盐酸的水溶液的实验必须在弱锑场环境下和无锑场环境下进行，反应会生成高氯酸和大量氢气： | |||
<chem>(HCl)10 + 40H_2O -> 10HClO_4 + 40H_2</chem> | |||
==生物活性== | |||
以下是有关超盐酸生物化学方面性质的研究。这些研究都和人们的日常生活紧密相关，表明超理学是与生活紧密相关的，并且能够造福人类。 | |||
===胃液=== | |||
据报道目前在人类的胃液里发现了[n<sub>185</sub>e<sub>180</sub>]<sup>180−</sup>。很有可能人类在利用微量的超盐酸消化，而不是所谓胃蛋白酶。这一发现证明了人体是一个精密协调的系统，可以合成很多自然界中难以合成的物质。同时这也说明了现代生物学理论有待进一步的修正与完善。 | |||
===光合作用=== | |||
近期，巴西植物学家在南美亚马逊丛林里发现了一种新的绿色植物。据检测，它的[[光合作用]]暗反应途径既不是C<sub>3</sub>途径也不是C<sub>4</sub>途径，而是比C<sub>4</sub>途径效率更高的新途径。经过更严格的分析，该植物中还原CO<sub>2</sub>的第一个产物是[[超盐酸烷]](CCl)<sub>10</sub>，因此该途径被命名为C<sub>10</sub>途径。C<sub>10</sub>植物固定CO<sub>2</sub>的效率约为C<sub>4</sub>植物的1000倍。后来，智利农业学家发现C<sub>3</sub>植物的DNA中普遍存在一种编码[[十碳超盐酸酶]]的基因，在超盐酸大量存在时会表达，合成十碳超盐酸酶，以合成超盐酸烷，使C<sub>3</sub>植物转化为C<sub>10</sub>植物。该方法已被广泛运用于种植业中。由于此方法的应用，现在全球粮食产量已达到3年前的800倍，各经济作物的种植园也在世界各地如雨后春笋般涌现出来。 | |||
===长生不老=== | |||
[[User:Gltjk|等电子的氯]]博士与[[兔子喜欢硫酸铜]]博士于2007年在生物化学方面有了新的突破。他们发现，细胞胞浆中H<sup>+</sup>的转移可以以[n<sub>185</sub>e<sub>180</sub>]<sup>180−</sup>为媒介。众所周知，生物体内很多氧化还原反应产生H<sup>+</sup>（以NADH或NADPH的形式存在），若反应发生在线粒体内，则产生的H<sup>+</sup>可直接通过呼吸链进行氧化磷酸化；但亦有不少此类反应在线粒体外进行，如3-磷酸甘油醛脱氢反应、乳酸脱氢反应及氨基酸联合脱氨基反应等，由于产生的H<sup>+</sup>在线粒体外，而NADH等物质不能穿过线粒体内膜，因此这些H<sup>+</sup>必须借助某些能自由通过线粒体内膜的物质才能被转入线粒体，以进行氧化磷酸化。超盐酸的发现在生物化学领域打开了一片广阔的新天地，揭示了生物体内呼吸链的穿梭方式并不仅是已被公认的α-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭两种，还包括超盐酸穿梭。这使得人类对呼吸链的认识更进一步，是自由基理论后进一步的突破。有人认为“从此，长生不老不再仅仅是幻想”。 | |||
===过量的损害=== | |||
超盐酸因其独特的魔键而存在极强的亲神经性，主要作用于神经-肌肉突触后膜的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR），阻碍神经冲动的传导，过量摄入会对中枢和周围神经系统造成不可逆的损害。血<nowiki>[</nowiki>n<sub>185</sub>e<sub>180</sub><nowiki>]</nowiki><sup>180−</sup>的升高也会引起脑干听觉诱发电位的潜伏期和波间期延长，使神经传导减慢，影响听觉系统的发育。过量超盐酸还会导致周围神经施万细胞（Schwann cells）肿胀、节段性脱髓鞘和轴改变，而使神经传导速度减慢。 | |||
希腊化学家[[χλωρóς]]近年来在研究中提出了关于[[过量超盐酸中毒性贫血]]出现机制的新观点，认为超盐酸会导致肾脏的促红细胞生成素产生不足及早幼红细胞成熟障碍，从而掀起了一场防治超盐酸过量的新浪潮。为此，2009年，地球食品药品监督管理局对超盐酸保健品中的超盐酸含量进行了规范。 | |||
==用途== | |||
超盐酸主要在工业和医学上有着重要用途。尤其在工业方面，许多罕见化合物的冶炼中超盐酸都是不可或缺的。 | |||
===工业=== | |||
超盐酸在工业上具有重大用途。超盐酸的年产量和年消耗量往往可以成为一个国家化学工业和其他工业发展繁荣程度的一种相当精确的指标.工业上超盐酸主要用于制造合成氯化物、正价的含氧化合物、正价的含氟化合物、稀有气体化合物等。同时可以作为铯单质冶炼时的保护剂。 | |||
===医学=== | |||
医学上超盐酸被用于辅助治疗消化不良等症状，目前全世界各大医院的250个试验点正在进行临床第二期试验。如果试验成功，超盐酸将有望于2020年13月投入市场。这将给世界上百万受消化不良折磨的患者带来福音。 | |||
市面上存在一些超盐酸保健品，如“超中超超盐酸片”、补超盐酸口服液等。但超盐酸的保健作用并未得到证实，而且超盐酸摄入过量会造成负面状态效果和血量值减少。 | |||
==配位性质== | |||
我们知道超盐酸有两种存在形式——一种为经典结构，即带有一个四元环的三乙氯(Ⅲ)烷基环丁氯(Ⅲ)烷形式，另一种为量子超理学所解释的魔键形式，前者会在生成后0.1s内转化为后者。显然，一个庞大而且碱性极弱的粒子团难以具有复杂的配位性质，因此我们在这里主要讨论第一种超盐酸，即三乙氯(Ⅲ)烷基环丁氯(Ⅲ)烷（tri(1λ3,2λ3-dichloranyl)-1λ3,2λ3,3λ3,4λ3-tetrachloretane)（以下简称TDTC）的配位性质。 | |||
===制备=== | |||
我们要做的是在0.1s之内使生成的TDTC稳定下来。连接在四元环上的氢在离去后，该氯原子由sp<sup>3</sup>d杂化转变为sp<sup>3</sup>d<sup>2</sup>杂化（三角双锥变为正八面体，涉及电子的超跃迁），使得四元环上有了14π电子，具有芳香性而更加稳定，再加上含氯基团的吸电子效应，使得这个氢的酸性强于其他9个氢，甚至同“魔键化”的超盐酸相当。而当失去1个氢离子时，[n<sub>185</sub>e<sub>180</sub>]<sup>180-</sup>形成条件就会被破坏（失去了氢的氯原子核变得稳定），使得TDTC稳定下来。因此我们需要一种碱使强酸性的氢离去，又不至于太强使所有氢全部离去而使其再次不稳定而形成超盐酸根。什么物质具有这种适当的碱性呢？ | |||
#亚氧酸（H₂OO₃）：方程式为<math>(HCl)_{10}+H_2OO_4\rightleftharpoons H_9Cl_{10}^-+H_3OO_4^+</math>。机理很简单，利用了氧酸的质子化，但是其对用于超盐酸合成的催化剂Ka-Sb合金的腐蚀严重。 | |||
#催化量的超盐酸高鉲+铯单质（反应进行后期加入）：反应生成氢气与铯离子，并且能有效钝化可能存在的少量超盐酸，是一种比较安全的方法。 | |||
#定量的超氢氧化钠（钾，等等）+锑场：反应放出的大量的热足以使溶液剧烈沸腾，利用锑场控制热量将杂质全部蒸出，留下纯度很高的NaH<sub>9</sub>Cl<sub>10</sub>晶体。 | |||
===σ配位=== | |||
[[File:D0503afae6cd7b89bf35a6f6072442a7d8330ec4.png|thumb|left|正八面体型]][[File:F27364600c33874477a38e0a590fd9f9d72aa03d.png|thumb|right|正四面体型]][[File:Fc4e8918367adab42a89ba3583d4b31c8601e4c6.png|thumb|right|[Mn(Ⅵ)ClH₃]Cl10]] | |||
TDTC的三条乙氯基容易弯曲，因此在定量地失去7个质子时，末端氯的负电荷较为集中，因此可以作为一个很好的三齿配体，可以作为构成正八面体或正四面体的的一个面（会略有畸变）。 | |||
====正八面体型==== | |||
#双TDTC配位：根据四元环上“凸出的氯”的方向，这种情况下会有具有不同旋光度的各种异构体，但由于性质差别不大，因此不再赘述。配位中心通常为倾向于正八面体配位的粒子，例如[Co(Ⅲ)(TDTC)₂]； | |||
#混合配位：这一类物质的性质多变，而且对配位中心的要求不高，这里不加赘述，留给广大的锑星民众或任何超理学的爱好者进一步研究。 | |||
====正四面体型==== | |||
这是TDTC形成最稳定的配位方式，四面体的第四个顶点可以安插各种单齿配体。(R=X，NH₃，CN-，PPh₃，OH-，C5H5，etc.)然而，特殊之处在于，许多看起来不可能存在的离子能够存在于螯合体系中，包括S(Ⅵ)，Mn(Ⅶ,Ⅵ)，Cr(Ⅵ)，Fe(Ⅵ)，Xe(Ⅳ,Ⅵ,Ⅷ)，等等。它们甚至在水溶液中是稳定的。这无疑需要极强的酸性，而仅凭TDTC是无法达到的，我们只能将其解释为此时的氯原子之间仍存在着魔键，使得TDTC具有了“真正的”超盐酸的性质，但是形成了一个平衡——氯原子之间的化学键和魔键是流变的。 | |||
[[File:9f0740c2d562853553e8505698ef76c6a7ef6310.png|thumb|left|π配位]] | |||
===π配位=== | |||
TDTC电离后的四元氯环上有14π电子，因此具有芳香性，能够形成夹心配合物。这种情况对于原子半径很大的过渡金属是很常见的。 | |||
==最新研究成果== | |||
随着锑星科技的发展与进步，超理学家们借助科技手段，完成了对超盐酸的结构等的进一步深入研究.为了确保内容的完整性和连贯性，将近年来科学家们的最新研究成果单独列出。部分成果摘录如下： | |||
===结构=== | |||
根据目前超理学界公认的观点，超盐酸在标态下的结构为三乙亚氯烷基环丁亚氯烷。在标态下，这一结构存在十氯九氢参与的魔键。这赋予了超盐酸酸根结构极强的稳定性，也使得在环丁氯烷环上的氢在离去后电荷可以离域在整个分子上而不受分子构型的限制。超盐酸也因此拥有极高的酸性。结构中的四元氯环具有较大的角张力，在魔键存在的情况下保持稳定，但当魔键受到影响键能变弱时则容易发生开环，形成氯自由基发生猛烈的的氧化还原反应。由于H2Cl基团的强推电子作用，环上电子云密度较大，一些较强的亲电试剂在某些情况下可以越过反应能垒，打破魔键发生亲电加成，形成不稳定的中间体，而三个α氯原子则带正电，在魔键被破坏时优先于四元环发生氧化还原反应。 | |||
====异构化==== | |||
前面提到过，四元环存在较大的角张力，在魔键被破坏时其中一个Cl-Cl键将断开生成一个不稳定的中间体，然后迅速重排形成一个带有六元环的异构体，即1,3-二乙氯基环己氯烷。这一结构相较于1,2,3-三乙氯基环丁氯烷要更稳定，没有角张力，且存在一个十氯十氢的魔键。这意味着这一结构几乎没有酸性，具有普通高级魔键氯烷的性质。在环境无法给予体系足够的能量发生完整的重排反应时（六元环重排由于氯较远需要完全断键），重排生成五元环。五元环张力小，在形成后非猛烈条件不再开环。这一结构酸性较经典结构酸性大大降低，其一级电离与碳酸二级电离相当，原因是氯与氢之间存在较弱的魔键。超盐酸主要存在以上两种异构化现象。超盐酸的缩环，完全开环，侧链异构化等现象此处暂不提及。 | |||
====聚合和解聚==== | |||
超盐酸难以进一步聚合。虽然理论上可以在四元环上引入第四个侧链，但条件极度苛刻。由于赵明毅先生已经淡出超理学界，无法再提供足够强的锑场和发功条件，即使有铯催化剂也难以实现此反应。但在实验室中，锑星科学家能够让超盐酸与一分子氯化氢与超盐酸在四元环上形成较弱的魔键，类似于碲球的络合物。计算结果得出，它们之间不存在任何形式上的常理键。这是锑星科学家已经制备的氯化氢最高聚合物。理论上四元环的另一侧可以再接上一分子氯化氢，但是由于同样的原因没有成功。 | |||
===反应=== | |||
超盐酸作为一种质子酸（强调：这不是混合体系，是一种纯净物，十聚合结构在标态下是稳定的）具有常见酸的通性，包括遇活泼金属释放氢气，与碱中和等。但它作为具有魔键结构的氢氯超酸，具有一些特殊的性质，包括强氧化性，亲电配位性等。接下来会一一说明。 | |||
====超酸性==== | |||
前面提到过，超盐酸由于十氯九氢的离域魔键结构，具有比一般的布朗斯特-路易斯超酸体系更强的质子酸性（其哈密特酸度函数值可以达到-34以下（在100zmy的锑场下使用氟磺酸作缓冲溶液测定），其酸性在相当大的范围内随锑场强度增大而增大（离域魔键的增强），在1000Mzmy左右达到极值（H<sub>0</sub>=-42，氟磺酸缓冲），之后对锑场不敏感。实际上，液相的超盐酸几乎不存在自耦电离现象，因为超盐酸的侧链几乎没有碱性（值得一提的是，氯在锑场中确实可以与四个原子作用，但极不稳定，在液相超盐酸痕量的H[Cl<sub>10</sub>H<sub>10</sub>]<sup>+</sup>中，氢离子被连接在四元环上）。 利用其极强的质子酸性，锑星科学家曾使用超盐酸质子化烃类等极难质子化的物质并将其作为极强的质子溶剂。由于四元环的强亲电性，较为活泼的稀有气体原子可以被附着在四元环上并被质子化（包括Rn，Xe甚至是痕量的Kr），质子化结构如图所示。中间的虚线代表着稀有气体原子与四元环的相互作用，但我们并不清楚这到底是什么。有观点认为这是类似的魔键，但稀有气体也能形成魔键的说法并不能被广泛接受。更多人相信魔键的存在使四元环把负电荷打在了稀有气体上，使稀有气体更容易被质子化。 | |||
====配位性==== | |||
请注意，超盐酸的“配位性”不同于常理中讨论的配位性。一般而言，超盐酸根的四元环具有一定的亲核性，在魔键的作用下可以把电子打在原子或分子的反键轨道上。上文中超盐酸对稀有气体的质子化的公认机理便存在这样的情况（这也能够解释为什么超盐酸的一分子HCl的络合物中氯化氢上的氢原子酸性反而比一般的HCl弱）。超盐酸可以以这种方式进行自耦电离，但由于氢离子的相互作用半径太小，无法有效进行相互作用（也正因如此超盐酸的酸性得以被保留，如果这一结构稳定那么超盐酸的超酸性将不复存在）。 必须强调的是，这样的相互作用是很弱的，而且在相互作用的形成瞬间就能消失。但如果不是超盐酸的盐而是超盐酸，那么氢离子可以质子化中心原子并稳定这一结构。 对于一些更大的金属原子（如Cs<sup>+</sup>，Ba<sup>2+</sup>），超盐酸根可以形成相对稳定的二配位结构（如图）。对于这一结构的特殊稳定性，一般认为此时两个酸根受金属原子影响将在四元环上保持几乎平行的状态，这使得两个酸根的侧链产生了较弱的魔键。如果这一说法属实，那么这样的结构实际上是笼状的。受空间位阻影响无法进行第三次配位。 利用超盐酸的这一特性，可以使用超盐酸分离大金属离子。在制备铯催化剂的时候，少量的铷杂质就会极大的影响催化剂寿命。锑星科学家有较为成熟的工艺使用超盐酸分离出铯，可以得到8N以上纯度的铯。这有点像碲球上的隐烷，但其恐怖的选择性让它在铯/钡提纯领域大显神威。 值得注意的是，在超盐酸扩环后，尤其是形成六元环后，环可以以常理的方式对中心原子进行配位，形成的是常理键的配位键，在魔键不被破坏的条件下具有一般配位键的通性，这里不做赘述。 | |||
====超氧化性==== | |||
与配位不同，当氧化还原反应发生时，优先得到电子的是环上的α氯原子。由于其具有一定的正电性，同时质子云加强了原子整体的吸电子能力（屏蔽效应的减弱），当锑场环境减弱时原子间相互作用减弱，Cl-Cl键增长，同时键能降低，α氯原子将变得更加裸露。一般而言，在0.1～1zmy的锑场下发功α氯原子的氧化效果最好（如果继续降低则有可能以自由基的形式直接解聚，不具有特殊氧化性）。 一般而言，离域魔键解体时优先断开的是α氯原子与环的魔键，形成Cl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>氯烃自由基。由于锑场十分微弱，Cl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>不稳定，会迅速分解为质子云状态下的Cl<sub>2</sub>H<sub>2</sub>和一个氢自由基（如果条件并非特别剧烈该自由基可以重新与四元环结合），然后质子云定域并分解为两分子HCl。超盐酸分解时的超氧化性主要来自于质子云状态下的Cl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>。 由于质子云状态下分子的正电荷不再高度集中于原子核，电子对质子的屏蔽效应明显减弱，这使得氯原子与氢原子外层轨道能量急剧下降。加之Cl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>的自由基构型，该分子成为了一种极强的氧化剂。据锑星科学家测定，在0.1zmy的锑场下，电极反应 Cl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>+H<sup>+</sup>+3e<sup>-</sup>==2Cl<sup>-</sup>+2H<sub>2</sub> 的标准还原电位高达7.86V，甚至可以将氟氧化成阳离子（实际上，此时氯的3p简并轨道能量远低于氟的2s轨道，甚至4s的能量也能比氟的2p轨道低一些；而氢的1s电子云则向内收缩一半以上，说明此时氯的部分质子云弥散在氢附近）。 必须指出，这一反应并不容易控制。一方面质子云状态下的分子在低锑场条件下并不稳定，会在一段时间后定域从而失去强吸电子能力；另一方面如果使用该反应氧化一些难以氧化的物质（例如氟），产生的F<sup>+</sup>几乎会在定域的瞬间氧化氯化氢和氢气。 | |||
==衍生物== | |||
以下简要列出三乙亚氯烷基环丁亚氯烷（以下简称超盐酸）的其它衍生物。<ref>https://web.archive.org/web/20151001090317/https://zh.sbdupedia.wikia.com/wiki/%E8%B6%85%E7%9B%90%E9%85%B8</ref> | |||
===极盐酸=== | |||
分子式(HCl)<sub>100</sub>。用超盐酸根替换超盐酸里所有的氯，即得到极盐酸。超盐酸根与超盐酸根之间以二魔键连接。它的酸性与超盐酸接近。室温下是粘稠液体，固态为淡蓝色晶体，熔点-6.38℃，沸点约2922℃。在空气中即发烟，效果较类似于干冰。科学家目前正在研究其沸点高的原因。 | |||
[[File:极盐酸.jpg|缩略图|极盐酸]] | |||
===奇盐酸=== | |||
分子式(HCl)<sub>1000</sub>。用极盐酸根替换超盐酸里所有的氯，即得到奇盐酸。其酸性仍接近于超盐酸。室温下呈柔软固体，熔点27.74℃，沸点约3871℃。 | |||
===魔盐酸=== | |||
分子式(HCl)<sub>10000</sub>。将1×10^25分子的奇盐酸置于特制圆底烧瓶内，置于撒哈拉的阳光下。同时向原地烧瓶内有规律地定时通入液态鉲，以制造锑场（研究表明，锑场对于魔盐酸的合成催化效果并不理想）。经过2.50×10^7s左右，方可制得约38分子的魔盐酸。由于制出的量极少，科学家们无法对其熔沸点进行准确的测量，估计其熔点约60℃，沸点约5000℃。 | |||
===终盐酸=== | |||
分子式(HCl)<sub>100000。</sub>目前科学家已制得大约25分子的终盐酸，妥善保存在世界各地实验室中的小螺纹盖玻璃瓶中。据估算，其熔点约100℃，沸点约7000℃。 | |||
===虚盐酸=== | |||
目前停留在假想阶段。理论上，利用终盐酸合成是可行的。但条件极其苛刻，因而未能制取。据科学家推算，其熔点约150℃，室温下应当是固体。这种盐酸由于六魔键极难产生，所以目前无法制造。科学家还推测，倘若将一定量的终盐酸放入圆底烧瓶，不断通入气态鉲，将它置于锑星的光照下，持续约10^25s，可以合成1分子的虚盐酸。 | |||
===M盐酸=== | |||
分子式(HCl*M)[tel:4562751356 4562751356]。在锑星处于假想阶段，将4.562751356*10^152分子盐酸置于10*10^12摄氏度下经过10*10^236s后可形成1分子的M盐酸。由于M键过于难产生，所以以目前条件无法制造。 | |||
== 异构体 == | |||
[[File:环超盐酸.png|thumb|环超盐酸]] | |||
* [[四䐂基环己亚氯烷|异超盐酸]]（四䐂基环己亚氯烷） | |||
* 环超盐酸（十氯杂环癸烷） | |||
* …… | |||
== 文化 == | |||
超盐酸是[[锑星民主帝国]]的国酸。锑星政府解释称，它象征着锑星强大的工业实力和蓬勃发展的超理学。 | |||
==注释== | |||
<references /> | |||
==参考文献== | |||
# 《无理化学（第四版）》 | |||
#《大锑赵明毅》 | |||
#《锑氏秘集》 | |||
#《超盐酸简史——你不知道的超理》 | |||
#《超理基础》 | |||
#《基础有机超理（第三十八版）》 | |||
#《超理和社会》 | |||
#《锑星——我们生活的家园》 | |||
#《布-万氏结构简式的研究》 | |||
#《超盐酸的应用》 | |||
#《超理探秘：魔键》 | |||
#《生物超理（第2.5版）》 | |||
#《超盐酸中的配位结构》 | |||
#《The Antimonic Research on Hyperhydrochloric Acid》 | |||
#《涂效灰自传》 | |||
#《神秘的M原子》 | |||
# https://www.tanmizhi.com/html/23322.html | |||
{{酸}} | |||
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