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O4

四聚氧(oxozone),非金屬單質,化學式O4。與氧氣、臭氧、紅氧互為同素異形體,為正四面體或者矩形。吉爾伯特·牛頓·路易斯於1924年預測了四聚氧的存在。

基本信息

中文名; 四聚氧

英文名; oxozone,tetraoxygen

化學式; O₄

穩定性; 極不穩定

發展

1924年,吉爾伯特·牛頓·路易斯首先預測了它的存在,以解釋液氧不符合居里定律的原因。現在看來路易斯的預測並不準確,但不是完全錯誤:計算機模擬表明,雖然液氧中沒有穩定的O4分子,但O2分子確實傾向於形成反平行自旋的雙聚體O4。

1999年,科學家認為固態氧的ε相(壓強大於10GPa下存在)中氧的存在形式為O4。然而2006年時,X射線晶體學表明這種被稱作ε氧或紅氧的穩定相實際上是O8。

2001年,意大利羅馬大學的一支團隊進行了中和-再電離質譜實驗,以研究自由O4分子的結構。他們的實驗結構與上述推測的分子結構不符,但他們也認為兩個O2分子之間形成配合物,其中一個氧分子處於基態而另一個處於特定的激發態。

總述

O4的預計構型為正四面體或者矩形,從兩種構型中性分子O4,正一價分子O4和負一價分子O4的基態電子結構,並根據能量最低原則確定了各自的結構參數,從而得到了O4分子2種結構的基態總能量、一價電離能及電子親合勢能.與氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的計算結果比較,顯示O4分子可以以正方形結構或正四面體結構形式存在,其中正方形結構更有可能是O4分子的真實空間結構。

自由分子

理論計算表明可能以亞穩態存在的O4分子有兩種不同的結構:一種是變形的正方形(類似於環丁烷的穩定構象),另一種的形狀像風車,三個氧原子排列在中心氧原子周圍,形成平面正三角形的構型(類似於三氟化硼)。

過去科學家指出風車形的O4分子可以看作一系列常見離子和分子的等電子體:BO3、CO3、NO3,甚至包括類似的SO3分子。這些看法是上述理論計算的基礎。

化學性質

四聚氧的氧化性不可能超過氟氣,二氟化氪,各類氟化氧等已知的超強氧化劑(氧自由基都不如氟氣,四聚氧何德何能可以超過氟氣)。[1]

參考文獻

  1. O4是什麼?, 36問答 ,2013.09.04