四聚氧

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。

基本介紹

• 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。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，義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。

結構

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：BO₃^3-、CO₃^2-、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。