mp3杂化

mp3雜化即1個m軌道與3個p軌道發生雜化，形成4個mp3雜化軌道。

理論創建

一百多年前，美國化學家安提莫尼、俄羅斯物理學家法克羅夫預言了(CH₅)+ 離子、CH₅分子、CH₆分子的存在，(CH₅)+ 離子已被科學界廣泛承認，而CH₅分子具有爭議，CH₆分子還未獲得。

2007年，中國物理學家、化學家塗效灰將碳酸高鈉（NaCO₃）與濃鹽酸反應，結果生成了CH₅氣體。

反應方程式為$ NaCO_{3}+5HCl\rightarrow CH_{5}\uparrow +NaClO_{3}+2Cl_{2}\uparrow $

CH₅叫做氫合甲烷，是一種當時無法解釋的物質，塗效灰運用各種方法，進行了長達一年的研究，終於發現碳原子外層還有一個2m軌道。基態的C的2m軌道沒有電子，但是在NaCO₃+HCl的作用下，2個電子獲得能量躍遷到2m軌道，騰出了2p軌道，使得C還能與H形成兩個C-H鍵（CH6目前還未獲得）。塗效灰使用掃描隧道顯微鏡觀察發現C外層2m軌道有2個電子的四個量子數均相同，由此他推翻了泡利不相容原理。

m軌道能量較高，2m軌道的能量甚至比3p軌道還高，因此mp3雜化形成的物質化學性質不穩定，具有極強的氧化性和還原性。

氫合甲烷（CH₅）

氫合甲烷是無色無味極其難聞的氣體，密度3.53g/L，熔點13.5K，沸點213K。

1. 氫合甲烷能燃燒

   $ 4CH_{5}+12O_{2}\rightarrow 4CO+10H_{2}O_{2} $

2. 能與鹵素發生取代反應

   氫合甲烷與過量Cl₂生成的CCl₅（五氯甲烷）是最先進的製冷劑，能使氦氣在10000Pa的壓強下凝固，塗效灰測得此時溫度為-275.6K。這顯然違反了熱力學第三定律，但是塗效灰提出的負質量、虛數速度為核心的宇宙大統一理論解釋了這種現象，塗效灰因此獲得了2008年諾貝爾超理學獎。

3. 氫合甲烷極易溶於水，同時放出大量的熱，會引起燃燒甚至爆炸。

   $ CH_{5}+H_{2}O\rightarrow CH_{5}^{+}+H^{+},\ K^{\Theta }=1.5\times 10^{7} $

4. 氫合甲烷是一種極強的還原劑

   $ CH_{5}^{+}+e^{-}\rightarrow CH_{5},\ \varphi ^{\Theta }=-7.62V $

5. 在無水四氯化鋁的催化、1500K，250MPa下，氫合甲烷可以發生自聚合反應。

   $ nCH_{5}\xrightarrow {AlCl_{4},\ 1500K,\ 250MPa} [-CH_{5}\rightarrow CH_{5}\rightarrow CH_{5}\rightarrow CH_{5}\cdots ] $

聚氫合甲烷是一種穩定性極強的塑料，不與強酸強鹼反應，不與鹵素單質、氧氣、臭氧反應，甚至熔融的金屬銫、液態氟都無法腐蝕它，連能溶解飽和烷烴的魔酸也與之不反應。只有原子能工業中的強腐蝕劑——九氟化銻，以及氦氣化合物製備中用到的三氟化鋰以及八氟化氦才能與之緩慢反應。令人無法理解的是，聚氫合甲烷與六氟化硫或者氦氣接觸會發生劇烈的反應甚至爆炸。於是，塗效灰運用了量子超理學研究，發現可能是由於兩種物質均極其穩定，外層電子受到束縛很大，電子以超光速運動導致質量變成虛數引起宏觀時空混亂導致的。

二氫合甲烷（CH₆）

二氫合甲烷是由塗效灰先生於2009年2月29日，在-25K的低溫和1.5*10⁷Pa的高壓下製得的，化學性質不穩定，極易分解。

由於二氫合甲烷成鍵已達飽和，因此不能發生自聚合反應，其他性質與氫合甲烷類似，但具有更強的還原性，二氫合甲烷甚至能將He還原成He^-，其方程式為：

$ CH_{6}+He\rightarrow CH_{5}He+[H] $

產生的一氦一氫化甲烷，具有強氧化性，因為此時He的mp3雜化讓C有了+6價這種奇葩的價態。而產生的高能氫受到mp3雜化的影響有了惰性，必須將[H]經過高能的He²⁺離子流活化5分鐘後，再過5分鐘才變成了很活潑的氫自由基，它有強還原性，可以把氦還原，產生氫化亞氦，其IUPAC命名為氫化氦（I）（Helous Hydride或Helium(I) Hydride）——HeH。

擴展閱讀

1. 《無理化學》
2. 《塗效灰自傳》