超盐酸：修订间差异
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'''超盐酸'''([[Hyperhydrochloric Acid]])，分子式为'''(HCl)<sub>10</sub>'''，学名'''三乙亚氯烷基环丁亚氯烷'''，摩尔质量364.61g/mol，是一种重要的强酸。超盐酸在工业上具有重大意义，是反映国家化工工业水准的重要指标，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。<br/> | '''超盐酸'''([[Hyperhydrochloric Acid]])，分子式为'''(HCl)<sub>10</sub>'''，学名'''三乙亚氯烷基环丁亚氯烷'''，摩尔质量364.61g/mol，是一种重要的强酸。超盐酸在工业上具有重大意义，是反映国家化工工业水准的重要指标，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。<br/> | ||
著名超理学家'''[[赵明毅]]'''在公元前250年 | 著名超理学家'''[[赵明毅]]'''早在公元前250年左右便发现了超盐酸，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。 | ||
==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，主要记载了他的生平和他在超理学方面的成就。以下给出原文[中括号内为注解]：<br/> | |||
安氏[指安提莫尼王朝开国皇帝]五十一年[当年开国皇帝即驾崩]，锑星日禺[日落]时，天有大声如雷，乃一大锑，几如碲[地球]，见于东南。少时而又震一声，移著西南。又一震而坠在赵氏园中，远近皆见，火光赫然照天，赵氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中有一窍如杯大，极深。下视之，大锑在其中，荧荧然。久之，发其窍，深三尺馀，乃得一锑石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如锑，重亦如之。[[涂效灰]]得之，送槲州锑星大学，至今匣藏，兲星[锑星]人到则发视。后尝使人碎之，则有气涌而出。其色略绯，味芳香而辛[即超盐酸，其中混有少量分解出的氯化氢，因此味道刺激]。俄而逸散，不知所踪。人皆奇之。赵明毅为之传甚详[学者推测这是由于赵明毅和大锑一见如故的原因]。<br/> | |||
……<br/> | |||
琉鹏[指王朝第二任皇帝的年号]3.8年明毅尿酣[指饮尿很尽兴]，闻石间泉声，因舍棹进，策步入缺岸。初见矿[现在勘察可知此地矿石主要成分为锑51%，铜38%，磷7.4%，金2.5%，镁1.1%]如叠如削，其怪者如引臂[张开双臂]，如垂幢[旗帜]。次见水，如泻如洒，其奇者如悬练，如不绝线。水色绯，有芳香[指超盐酸颜色粉红，有芳香]，因奇之。遂相与维舟岩下，率仆夫芟芜刈翳[除去杂草，砍断枯树，此指除去青草中的草酸，防止干扰反应]，锑[通"梯"，攀登]危缒滑，休而复上者凡四五焉。仰锑[通"睇"，望]俯察，绝无人迹，但酸石相薄[这里指超盐酸和锑铜矿石发生反应(赵明毅提出)]，磷磷凿凿，跳珠溅玉，惊动耳目[凿凿为拟声词，指矿石中的磷的电子核断裂为粉末，吸引电子时发出的清脆声响引人注意]。俄而峡山昏黑，云破碲[指地球]出，光气[这里指碳酰氯，作者推测可能是空气中的钠离子和二氧化碳先反应，再与超盐酸反应，生成氢氧化钠和碳酰氯]含吐，互相明灭[指光气缓慢水解，发出荧光闪烁的奇特现象]，昌荧玲珑，象生其中[指空气中的氦气、[[臭氟]]和光气、合金矿石发生反应，生成heffalump(象)的超理反应]。虽有敏口，不能名状[作者感叹超理学的奇妙，认为不虚此行]。<br/> | |||
上述两段记载是为数不多的有关超盐酸的史料（还有一段详见下一节），其中还记载了诸多自然界的超理现象，文字优美，体现赵明毅大师的极高文学水准。 | |||
==制备== | ==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。 | 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。 | ||
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=== 实验室合成 === | === 实验室合成 === | ||
[[File:立式超盐酸合成塔.png|frame|立式超盐酸合成塔]] | [[File:立式超盐酸合成塔.png|frame|立式超盐酸合成塔]] | ||
==== | ====金属高温催化法==== | ||
超盐酸的合成条件很苛刻，目前只有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[[赵明毅]]于公元前250年发现的。 | 超盐酸的合成条件很苛刻，目前只有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<br/> | ||
“兲星[注：古人当时对于锑星的称呼，音同"天"]冬月地上有霜[注：现在认为可能是锑星空气中存在氯化氢，遇冷液化成霜]，味辛。扫取以水淋汁，又以五金[注：指多种不同金属]和铯入甑[注：古代一种容器，常用于反应]，乃发功煎炼而成。启之，则味芳香，色绯，人皆奇之。乃贡之于上[注：指皇帝]，上用于熏殿，则数日而香不歇也”<br/> | |||
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。<br/> | |||
[[File:座式超盐酸合成塔.png|frame|left|座式超盐酸合成塔]] | [[File:座式超盐酸合成塔.png|frame|left|座式超盐酸合成塔]] | ||
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====太阳能催化法==== | ====太阳能催化法==== | ||
近日，科学家又发现一种特殊的三乙亚氯烷基环丁亚氯烷制取方式。科学家们将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3.153×10^7s，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，用加利福利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）。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。<br/> | 近日，科学家又发现一种特殊的三乙亚氯烷基环丁亚氯烷制取方式。科学家们将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3.153×10^7s，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，用加利福利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）。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。<br/> | ||
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。<br/> | 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。<br/> | ||
====水银催化法==== | ====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，无法获得更深层的资料。 | 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 == | == 结构 == | ||
[[File:超盐酸的布-万氏结构式.svg|frame|left|超盐酸的布-万氏结构式]] | [[File:超盐酸的布-万氏结构式.svg|frame|left|超盐酸的布-万氏结构式]] | ||
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4。 | 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4。<br/> | ||
[[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:超盐酸中魔键的形成过程.png|frame|超盐酸中魔键的形成过程]] | ||
但 | 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5）。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[[沈括杯梦溪化学奖]]。 | ||
== 物理性质 == | == 物理性质 == | ||
===超盐酸=== | ===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 | 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）。<br/> | ||
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、笨、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，其水溶液呈漂亮的橘红色。<br/> | 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、笨、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，其水溶液呈漂亮的橘红色。<br/> | ||
===超盐酸的水溶液=== | ===超盐酸的水溶液=== | ||
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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>。<br/> | 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>。<br/> | ||
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>。<br/> | 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>。<br/> | ||
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：我 | 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：**&）?我@#%￥是%250*）…%和38^*`（! | ||
== 化学性质 == | == 化学性质 == | ||
超盐酸的化学性质繁多，下面仅列出最主要 | 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=== | ===酸性=== | ||
超盐酸具有极强的酸性。高中超理学规定，超盐酸、笨酚、超硝酸、过溴化氢、青草酸、高氟酸为六大无理强酸(参见[[《无理化学(第四版)》]])。<br/> | |||
以下是一些常见的反应：<br/> | 以下是一些常见的反应：<br/> | ||
(HCl)<sub>10</sub>+10NaOH→Na<sub>10</sub>Cl<sub>10</sub>+H<sub>2</sub>O<br/> | (HCl)<sub>10</sub>+10NaOH→Na<sub>10</sub>Cl<sub>10</sub>+H<sub>2</sub>O<br/> | ||
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:175D<sup>+</sup> + 5T<sup>+</sup> + 180e<sup>-</sup> <math>\rightleftharpoons</math> (HCl)<sub>10</sub>{{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]]的严格控制。 | 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]]的严格控制。 | ||
超盐酸强氧化性与强还原性的并存令[[ | 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==== | ====氧化性==== | ||
[[File:二氯化九氦.png|frame|left|二氯化九氦]] | [[File:二氯化九氦.png|frame|left|二氯化九氦]] | ||