金屬銨
非金屬元素組成的金屬
金屬銨,是一種簡併態物質,也是一種電子化合物及超原子。當氫氣與氨氣被充分壓縮,經過相變后便會產生金屬銨。但這種相態的銨無法於標準狀態下存在,標準狀態下銨僅能以離子或溶液相(aq)狀態存在。相關理論是基於銨與其他鹼金屬反應特性十分相近,而目前已知能於標準狀態下存在的金屬銨,只有與汞的合金,即銨汞齊。
固態金屬銨是由銨根離子組成的晶體結構,其離子間隔小於玻爾半徑,與電子波長長度相當(參見德布羅意波長)。電子脫離了分子軌道,表現為一般金屬中的傳導電子。
在高壓下,浸在大量自由電子海中的銨離子可能會表現出類似於金屬的性質,使得金屬銨得以穩定,如同金屬氫一般。冰巨星天王星與海王星的內部就可能存在這種“金屬銨”。
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2009年12月15日,在美國哈佛大學化學院的禮堂,哈佛校長與10位美國化學家為美籍華裔化學家、哈佛大學化學院副院長趙貢柯教授呈上了“美國最高化學研究獎”。並申請10年度諾貝爾化學獎。7月19日,趙貢柯教授在他的個人實驗室中,在7名助手的幫助下,製得了金屬銨,化學式為NH4。是的,這是有史以來第一個由非金屬元素組成的金屬。
銨離子NH4+一直被人們認為有金屬的性質,銨鹽與銨化合物具有其它金屬鹽一樣的鹽的通性。但由於“單質”銨遲遲未被制出,導致銨一直沒有取得與其它金屬相當的地位。以至於化學界有定論,NH4不可能獨立存在,“單質”銨不存在。然而,這定論卻被趙教授製得的事實所推翻。
趙貢柯,原名趙明毅,福建人,美籍化學家,哈佛化學院副院長、教授,自幼富有質疑精神,富有創造力,曾經製得超鹽酸等劃時代的物質。當日,他將熔融狀的氯化銨電解,用鉑做電極,將陰極得到的氣體加1MPa壓並處於超低溫狀態,最終處於液氨與液氫相互化合,生成金屬銨——NH4。
NH4的結構與NH4+幾乎一樣,但由於NH4最外層多了一個電子,導致各個NH4原子團以與金屬幾乎一模一樣的金屬鍵連接,而NH4的內部則以共價鍵連接。每個NH4原子團均會放出一個電子,這使得NH4具有良好的導電、導熱性。低溫下的NH4是銀白色的金屬、質軟,與鹼金屬很相似。令人驚訝的是,由於氮的電負性很強,NH4的化學性質並沒有想象中的那麼活潑,甚至不如鋰活潑。它與鹽酸反應生成氯化銨和氫氣,與硫酸反應生成硫酸銨和氫氣,與水反應生成氨水和氫氣。
理論上來說,NH4在常溫常壓下是液態,據趙貢柯推測,1個標準大氣壓下,NH4的熔點為-15℃。但NH4在-13℃以上就會分解成氨和氫。因此平常狀況下是見不到NH4的。
趙教授還宣稱他製得了氧化銨(NH4)2O,過氧化銨(NH4)2O2和氫化銨NH5,但獲得確認尚需一段時間。