超鹽酸
- For the English version, please see Hyperhydrochloric Acid.（To be continued)
超鹽酸，Hyperhydrochloric Acid，分子式為(HCl)10，學名三乙亞氯烷基環丁亞氯烷，摩爾質量364.61g/mol。
工業生產
超鹽酸是重要的化工產品，但是由於其實驗室合成的條件已相當苛刻，基本無法工業化生產，所以現在各大化工廠都是高額向化學實驗室分批收購，通過特別的鍍銫卡車運輸。由於各實驗室的RP有所不同，送來的超鹽酸也有所不同，所以工業製品超鹽酸的濃度不高，質量也不甚好。
實驗室合成
超鹽酸的合成條件很苛刻，目前只有一種人工的實驗室合成方法，是由中國籍銻星裔的著名物理學家、化學家趙明毅於公元前250年發現的。經《銻氏秘集》的記載，這個方法「得天獨厚，渾然天成，乃銻氏趙家之秘傳也」。但由於年代久遠，沒人知道他是否真正合成了超鹽酸，所以趙明毅只被認為是發現了該方法而不是首次應用了該方法。
2007年，經萬草園主的研究和改良，提出了當今世界各地使用的方法——銻鉲催化法，在實驗室合成塔進行。其步驟為：在盛有γ-鉲和銻單質的密閉容器中配製38%的氯化氫水溶液，小心把溫度升高到523.15K，壓強升高到500MPa，氯化氫分子會按10:1的比例化合成(HCl)10分子。該反應的機理如下：
① 2分子氯化氫在γ-鉲的催化下生成反-乙氯(III)烯（(E)-1λ3,2λ3-dichlorene），再加成1個HCl分子生成一氯代乙氯(III)烷（1λ3,2λ3-trichlorane）。
② 3分子一氯代乙氯(III)烷在銻單質的催化下形成四元氯環：三乙氯(III)烷基環丁氯(III)烷（tris(1λ3,2λ3-dichloranyl)-13,23,33,43-tetrachloretane）。（以下用R-代表乙氯(III)烷基）。
近日，科學家又發現一種特殊的三乙亞氯烷基環丁亞氯烷製取方式。科學家們將250mol氯化氫緩緩通入一大容積的圓底燒瓶，並將燒瓶暴露在意大利的陽光下。經過約3.153×10^7s，反應完成。圓底燒瓶內出現25mol的三乙亞氯烷基環丁亞氯烷。製取時務必注意，該反應不可用螺紋蓋玻璃小瓶代替圓底燒瓶，否則反應速率會大大降低，甚至無法進行。經進一步研究，用加利福利亞的陽光替代意大利的陽光，反應時間可以縮短近一半（1.7×10^7s）。該製備方法的優勢在於免去了銻和鉲的催化，但需要耗費大量時間，因此未被廣泛採用。
新合成的超鹽酸往往混有HCl雜質，人們通常利用二者沸點不同而將其分離純化。
據趙明毅稱，他發現了直接製取高純超鹽酸的催化劑水銀（Ag·H2O）。由於該方法目前被嚴格保密，無法獲得更深層的資料。也有科學家稱輝銻礦在被加熱時會伴有超鹽酸酸霧，這也未能被證實。
結構
超鹽酸是一個結構複雜的化合物，按照經典的布-萬氏結構式，超鹽酸的結構如圖4。
但是這個模型很難解釋超鹽酸獨特的理化性質。因此，趙明毅運用了量子超理學，成功的解釋了超鹽酸複雜的結構。實際上，超鹽酸在剛合成時成鍵的確如圖所示。但在合成後0.1s，氯原子核開始按照超理統計規律分裂，即每個氯原子核完全分裂成質子和中子。中子幾乎保持靜止，而180個質子則通過強相互作用形成了龐大介穩的p180結構，即趙明毅所說的「魔鍵」（圖5）。其餘的180個電子在這個結構中高速運動，由於此時原子核事實上已經不存在，電子可以看作既在原子核中運動又在原子核外運動。趙明毅對超鹽酸結構的解釋被稱為質子軌道理論。該理論很好地符合了實驗結果，因此趙明毅獲得了1098年的第一屆沈括杯夢溪化學獎。
物理性質
超鹽酸的密度為2.013g/cm3，氣態時密度為16.27g/L。超鹽酸的理論熔點為-273.15K（實際根本沒有製得過其晶體），沸點273.15K（標準大氣壓），常溫常壓下是粉紅色的氣體。經理論推測，純的超鹽酸是無味的，但目前合成的超鹽酸具有芳香的氣味，這可能是因為混有部分芳香烴（質子再結合導致）的緣故。超鹽酸能與水以任意比例混溶，其水溶液呈美麗可愛的橘紅色。
化學性質
超鹽酸是很強的質子酸，在水溶液中完全電離出180個氫離子（質子）和1個一百八十五中子合一百八十電子離子。該電離方程式如下：
- (HCl)10 $ \rightleftharpoons $ 180H+ + [n185e180]180−
經理論測算，超鹽酸的酸性為魔酸的3.451×107倍，但由於條件的限制，目前在超鹽酸的水溶液中並沒有觀測到(HCl)10分子。所以超鹽酸被看作是真正的完全電離。
因為超鹽酸中存在幾乎裸露的質子和電子，它具有極強的氧化性和還原性，僅次於電極。其氧化還原的標準電極電勢如下：
- (HCl)10 + 180e- $ \rightleftharpoons $ 90H2 + [n185e180]180− EΘ=50.0V
- 175D+ + 5T+ + 180e- $ \rightleftharpoons $ (HCl)10 EΘ=50.0V
由於其標準電極電勢高於地球人安全電壓36.0V，超鹽酸在氧化還原中的使用受到銻星標準APS-B0250的嚴格控制。
超鹽酸能氧化氦氣，產生9273.15K的高溫，生成一種彩色熒光的液體。經趙明毅測定該產物為二氯化九氦，但其中氦的分數氧化數令他百思不得其解。2007年2月，萬草園主在經過了閉門29天的「格舊書致知」，終於提出了He9Cl2的布-萬氏結構式（如圖6）。並根據「誘導效應」，判斷其中的Cl為-5價，8/9的He為+1價，1/9的He為+2價。
- (HCl)10 + 9He $ \longrightarrow $ He9Cl2 + H2 + 8HCl
超鹽酸能氧化氟氣，生成氫氣和黑色固體FCl。經測定，固態FCl為離子晶體F+Cl-，其晶體結構為氯化銫型。對於為什麼在FCl中氟顯正價目前眾說紛紜。比較認同的解釋是因為氟的電子親合勢小於氯，同時比氯少了3s、3px、3py和3pz四個軌道的緣故。
- (HCl)10 + 5F2 $ \longrightarrow $ 5H2 + 10FCl
超鹽酸具有極強的腐蝕性，能溶解Pt、Au、V等和幾乎所有的有機物：
- （HCl）10+Au——Au（HCl）9+Cl2
- (HCl）10+3V——V（HCl）8+VH2+VCl2
但是Cs單質卻會在其中鈍化，生成難溶的配合物Cs(HCl)10。因此超鹽酸通常用Cs器皿盛裝。
- (HCl)10 + Cs $ \longrightarrow $ Cs(HCl)10
超鹽酸在電-質子隔離膜（銻化鉲）的作用下可直接還原鹼金屬化合物為單質。在約100~150K的溫度條件下，超鹽酸可以被鹼金屬（Cs除外）氧化，生成負氧化態的鹼金屬化合物，如超鹽酸鈉（Cl10Na10）等。
超鹽酸強氧化性與強還原性的並存令hamboltpenguin博士為之痴迷。經過了1年的潛心研究，這位來自南極洲的女化學家根據量子力學的成果，提出了電子疊加理論。根據該理論，[n185e180]180-離子在溶液中變為帶負電的中子體系，即0號元素：中子形成中子能量壁壘，電子在其中高速運動，使得質子與電子分開，分別體現氧化性與還原性。
據日本科學家最新論文稱「水裏過量的氫氘比是因為化學反應使氫緩慢地變成氘」，水中中子被超鹽酸浸潤脫出了。這是超鹽酸與非電磁相互作用型物質反應的典範。
生物活性
據報道目前在人類的胃液里發現了[n185e180]180−。很有可能人類在利用微量的超鹽酸消化，而不是所謂胃蛋白酶。這一發現證明了人體是一個精密協調的系統，可以合成很多自然界中難以合成的物質。同時這也說明了現代生物學理論有待修改。
近期，巴西植物學家在南美亞馬遜叢林裏發現了一種新的綠色植物。據檢測，它的光合作用暗反應途徑既不是C3途徑也不是C4途徑，而是比C4途徑效率更高的新途徑。經過更嚴格的分析，該植物中還原CO2的第一個產物是超鹽酸烷(CCl)10，因此該途徑被命名為C10途徑。C10植物固定CO2的效率約為C4植物的1000倍。後來，智利農業學家發現C3植物的DNA中普遍存在一種編碼十碳超鹽酸酶的基因，在超鹽酸大量存在時會表達，合成十碳超鹽酸酶，以合成超鹽酸烷，使C3植物轉化為C10植物。該方法已被廣泛運用於種植業中。由於此方法的應用，現在全球糧食產量已達到3年前的800倍，各經濟作物的種植園也在世界各地如雨後春筍般湧現出來。
等電子的氯博士與兔子喜歡硫酸銅博士於2007年在生物化學方面有了新的突破。他們發現，細胞胞漿中H+的轉移可以以[n185e180]180−為媒介。眾所周知，生物體內很多氧化還原反應產生H+（以NADH或NADPH的形式存在），若反應發生在線粒體內，則產生的H+可直接通過呼吸鏈進行氧化磷酸化；但亦有不少此類反應在線粒體外進行，如3-磷酸甘油醛脫氫反應、乳酸脫氫反應及氨基酸聯合脫氨基反應等，由於產生的H+在線粒體外，而NADH等物質不能穿過線粒體內膜，因此這些H+必須藉助某些能自由通過線粒體內膜的物質才能被轉入線粒體，以進行氧化磷酸化。超鹽酸的發現在生物化學領域打開了一片廣闊的新天地，揭示了生物體內呼吸鏈的穿梭方式並不僅是已被公認的α-磷酸甘油穿梭和蘋果酸-天冬氨酸穿梭兩種，還包括超鹽酸穿梭。這使得人類對呼吸鏈的認識更進一步，是自由基理論後進一步的突破。有人認為「從此，長生不老不再僅僅是幻想」。
但是，超鹽酸因其獨特的魔鍵而存在極強的親神經性，主要作用於神經-肌肉突觸後膜的煙鹼型乙酰膽鹼受體（nAChR），阻礙神經衝動的傳導，過量攝入會對中樞和周圍神經系統造成損害。血[n185e180]180−的升高也會引起腦幹聽覺誘發電位的潛伏期和波間期延長，使神經傳導減慢，影響聽覺系統的發育。過量超鹽酸還會導致周圍神經施萬細胞（Schwann cells）腫脹、節段性脫髓鞘和軸改變，而使神經傳導速度減慢。
希臘化學家χλωρóς近年來在研究中提出了關於過量超鹽酸中毒性貧血出現機制的新觀點，認為超鹽酸會導致腎臟的促紅細胞生成素產生不足及早幼紅細胞成熟障礙，從而掀起了一場防治超鹽酸過量的新浪潮。為此，2009年，地球食品藥品監督管理局對超鹽酸保健品中的超鹽酸含量進行了規範。
用途
超鹽酸在工業上具有重大用途。超鹽酸的年產量和年消耗量往往可以成為一個國家化學工業和其他工業發展繁榮程度的一種相當精確的指標。
超鹽酸主要用於製造合成氯化物、正價的含氧化合物、正價的含氟化合物、稀有氣體化合物等。同時可以作為銫單質冶煉時的保護劑。
醫學上超鹽酸被用於輔助治療消化不良等症狀，目前全世界各大醫院的250個試驗點正在進行臨床第二期試驗。如果試驗成功，超鹽酸將有望於2008年13月投入市場。這將給世界上百萬受消化不良折磨的患者帶來福音。
市面上存在一些超鹽酸保健品，如「超中超超鹽酸片」、補超鹽酸口服液等。但超鹽酸的保健作用並未得到證實，而且超鹽酸攝入過量會對人體造成危害。
配位化學
1、引言 我們知道超鹽酸有兩種存在形式——一種為經典結構，即帶有一個四元環的三乙氯(Ⅲ)烷基環丁氯(Ⅲ)烷形式，另一種為量子超理學所解釋的魔鍵形式，前者會在生成後0.1s內轉化為後者。顯然，一個龐大而且鹼性極弱的粒子團難以具有複雜的配位性質，因此我們在這裏主要討論第一種超鹽酸，即三乙氯(III)烷基環丁氯(III)烷（tri(1λ3,2λ3-dichloranyl)-1λ3,2λ3,3λ3,4λ3-tetrachloretane)的配位性質。(以下用縮寫TDTC
)
2、製備
我們要做的是在0.1s之內使生成的TDTC穩定下來。連接在四元環上的氫在離去後，該氯原子由sp?雜化轉變為sp?d?雜化(三角雙錐變為正八面體，涉及電子的超躍遷)，使得四元環上有了14π電子，具有芳香性而更加穩定，再加上含氯基團的吸電子效應，使得這個氫的酸性強於其他9個氫，甚至同「魔鍵化」的超鹽酸相當。而當失去1個氫離子時，[n185e180]180-形成條件就會被破壞(失去了氫的氯原子核變得穩定)，使得TDTC穩定下來。因此我們需要一種鹼使強酸性的氫離去，又不至於太強使所有氫全部離去而使其再次不穩定而形成超鹽酸根。什麼物質具有這種適當的鹼性呢？
(1)氧酸H₂OO₃
機理很簡單，利用了氧酸的質子化，但是其對用於超鹽酸合成的催化劑Ka-Sb合金的腐蝕嚴重。(2)催化量的超鹽酸高鉲+銫單質(反應進行後期加入)反應生成氫氣與銫離子，並且能有效鈍化可能存在的少量超鹽酸，是一種比較安全的方法。
(3)定量的超氫氧化鈉(鉀，等等)+銻場 反應放出的大量的熱足以使溶液劇烈沸騰，利用銻場控制熱量將雜質全部蒸出，留下純度很高的NaH9Cl10晶體。
3、σ配位
TDTC的三條乙氯基容易彎曲，因此在定量地失去7個質子時，末端氯的負電荷較為集中，因此可以作為一個很好的三齒配體，可以作為構成正八面體或正四面體的的一個面(會略有畸變)。
(1)正八面體型
①雙TDTC配位 根據四元環上「凸出的氯」的方向，這種情況下會有具有不同旋光度的各種異構體，但由於性質差別不大，因此不再贅述。配位中心通常為傾向於正八面體配位的粒子，例如[Co(Ⅲ)(TDTC)₂]； ②混合配位
這一類物質的性質多變，而且對配位中心的要求不高，留給大家去進一步研究。
(2)正四面體型
這是TDTC形成最穩定的配位方式，四面體的第四個頂點可以安插各種單齒配體。 (R=X，NH₃，CN-，PPh₃，OH-，C5H5，etc.)
然而，特殊之處在於，許多看起來不可能存在的離子能夠存在於螯合體系中，包括S(Ⅵ)，
Mn(Ⅶ,Ⅵ)，Cr(Ⅵ)，Fe(Ⅵ)，Xe(Ⅳ,Ⅵ,Ⅷ)，等等。它們甚至在水溶液中是穩定的。
(圖片以[Mn(Ⅵ)ClH₃Cl10]為例) 這無疑需要極強的酸性，而僅憑TDTC是無法達到的，我們只能將其解釋為此時的氯原子之間仍存在着魔鍵，使得TDTC具有了「真正的」超鹽酸的性質，但是形成了一個平衡——氯原子之間的化學鍵和魔鍵是流變的。
4、π配位
TDTC電離後的四元氯環上有14π電子，因此具有芳香性，能形成夾心配合物，這種情況對於原子半徑很大的過渡金屬較為常見。