氧4分子(O4),也被稱作四聚氧。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順磁性物質的磁化率熱力學溫度成反比)的原因。[1]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,O2分子確實傾向於形成反平行自旋的雙聚體O4[2]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[3]然而2006年時,X射線晶體學表明這種被稱作ε氧紅氧的穩定實際上是O
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[4] 然而,氧4作為一種存在時間很短的化學物質已經能用質譜法檢測到。[5]

氧4
識別
CAS號 12596-83-7  checkY
性質
化學式 O4
摩爾質量 64 g·mol−1
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

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),[6]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)。[7][8]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:BO33-CO32-NO3-[9]甚至包括類似的SO3分子。這些看法是上述理論計算的基礎。

理論上亞穩態O4的結構
 
 
D2d結構
D3h結構

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。[5]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

參考資料

  1. ^ Lewis, Gilbert N. The Magnetism of Oxygen and the Molecule O2. Journal of the American Chemical Society. September 1924, 46 (9): 2027–2032. doi:10.1021/ja01674a008. 
  2. ^ Oda, Tatsuki; Alfredo Pasquarello. Noncollinear magnetism in liquid oxygen: A first-principles molecular dynamics study (abstract). Physical Review B. October 2004, 70 (134402): 1–19. doi:10.1103/PhysRevB.70.134402. 
  3. ^ Gorelli, Federico A.; Lorenzo Ulivi, Mario Santoro, and Roberto Bini. The ε Phase of Solid Oxygen: Evidence of an O4 Molecule Lattice (abstract). Physical Review Letters. November 1999, 83 (20): 4093–4096 [2011-06-25]. Bibcode:1999PhRvL..83.4093G. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4093. (原始內容存檔於2008-11-22). 
  4. ^ Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers and Paul Loubeyre. Observation of an O8 molecular lattice in the phase of solid oxygen. Nature. 2006-09-14, 443 (7108): 201–204 [2008-01-10]. PMID 16971946. doi:10.1038/nature05174. (原始內容存檔於2017-06-27). 
  5. ^ 5.0 5.1 Cacace, Fulvio; Giulia de Petris, and Anna Troiani. Experimental Detection of Tetraoxygen. Angewandte Chemie International Edition. October 2001, 40 (21): 4062–4065. PMID 12404493. doi:10.1002/1521-3773(20011105)40:21<4062::AID-ANIE4062>3.0.CO;2-X. 
  6. ^ Hernández-Lamoneda, R.; A. Ramírez-Solís. Reactivity and electronic states of O4 along minimum energy paths. Journal of Chemical Physics. September 2000, 113 (10): 4139–4145. doi:10.1063/1.1288370. 
  7. ^ Røeggen, I.; E. Wisløff Nilssen. Prediction of a metastable D3h form of tetra oxygen. Chemical Physics Letters. May 1989, 157 (5): 409–414. doi:10.1016/0009-2614(89)87272-0. 
  8. ^ Hotokka,M.; P.Pyykkö (May 1989). "Ab initio study of bonding trends in the series BO33-, CO32-, NO3- and O4(D3h)". Chemical Physics Letters 157(5):415-418.
  9. ^ Jubert,A.H.; E.L.Varetti (1986). "On the possible existence of the O4 molecule with D3h symmetry". Anales de Química (Spain)82:227-230.

參見