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金属铵

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金属铵
IUPAC名
Ammonium
识别
CAS号 14798-03-9  checkY
ChEBI 49783
性质
化学式 NH4·
摩尔质量 18.0385 g/mol g·mol⁻¹
相关物质
相关化学品 铵、氯化铵、铵盐
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

金属铵，是一种简并态物质，也是一种电子化合物及超原子。当氢气与氨气被充分压缩，经过相变后便会产生金属铵[1]。但这种相态的铵无法于标准状态下存在，标准状态下铵仅能以离子或溶液相（aq）状态存在。相关理论是基于铵与其他碱金属反应特性十分相近[1][2][3]，而目前已知能于标准状态下存在的金属铵，只有与汞的合金，即铵汞齐[4][5]。

固态金属铵是由铵根离子组成的晶体结构，电子脱离了分子轨道，表现为一般金属中的传导电子。

在高压下，浸在大量自由电子海中的铵离子可能会表现出类似于金属的性质，使得金属铵得以稳定，如同金属氢一般。冰巨星天王星与海王星的内部就可能存在这种“金属铵”。[1][2][3]

存在可能性

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铵根离子NH4+的性质与行为在许多方面都与金属离子相同。这导致Ramsey[6]认为一价的金属铵（NH4+离子浸泡在一个电子海）稳定在明显低于一般绝缘体-金属相变压力[7]兆帕〜1011帕（105帕=1巴）的压力。根据计算，从NH3和H2分子的混合物中的转换金属铵，发生在压力小于2.5×1010帕[8]，与物理学家尤金·维格纳和Hillard Bell Huntington预测金属氢的数值相当，由于该预测指出在250,000个大气压（约25GPa）下，氢原子失去对电子的束缚能力，呈现出金属性质[9]，但由于此后的实验表明，对金属氢压力的最初假设不足[10]，因此，要产生金属铵可能需要更高的压力[8]。

在含氮的巨大气体行星内部，若压力足够[1][2][3]，则有可能出现金属铵[11][12]，如天王星和海王星[1][3]。

海王星

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主条目：海王星

海王星内部有一些类似金属态的简并态物质，作为行星学惯例，这种混合物被叫作冰，虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水－氨大洋，[13]，是金属铵的一种可能结构。

合金

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主条目：铵汞齐

金属铵虽未能在标准大气压下（STP）存在，但其与汞的合金可以，1808年英国化学家汉弗里·戴维和瑞典化学家永斯·贝采利乌斯首次制取铵汞齐[14]。他们由电解氯化铵在汞阴极形成灰色、海绵状的金属性物质[15]。最近的研究显示了结构的形式被假设成 H3N - Hg - H，这可能只溶解于汞为稳定的。若铵汞齐在室温下接触到水或酒精就容易分解:

结构

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根据铵汞合金的相关研究，金属铵可能具有类似铵汞齐的结构 H3N - H - H3N，由质子、铵根、电子晶体排列而成，但无法在标准状况下存在。

轶事

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网络文化中，经常有人谈论其化合物，但多半是恶搞文化作品，例如氢化铵、氧化铵等。金属铵曾被描述为“用铂电极电解熔融氯化铵，将阴极得到的气体加1MPa压并处于超低温状态，最终液氨与液氢相互化合，生成金属铵”，但实际上该反应并不会生成任何金属态物质。

参见

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参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Bernal, M. F. M.; Massey, H. S. W. Metallic Ammonium. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1954-04-01, 114 (2) [2022-10-14]. Bibcode:1954MNRAS.114..172B. ISSN 0035-8711. doi:10.1093/mnras/114.2.172. （原始内容存档于2021-11-29） （英语）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon, Wiberg, Nils , 编, Inorganic Chemistry, 由Eagleson, Mary; Brewer, William翻译, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, 2001, ISBN 0-12-352651-5 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Stevenson, D. J. Does metallic ammonium exist?. Nature. 1975-11, 258 (5532) [2022-10-14]. Bibcode:1975Natur.258..222S. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/258222a0. （原始内容存档于2022-10-14） （英语）. 
  4. ^ Prandtl, W.: Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, zwei führende Chemiker aus der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1948
  5. ^ Reedy, J. H. Lecture demonstration of ammonium amalgam. Journal of Chemical Education. 1929-10, 6 (10) [2022-10-14]. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed006p1767. （原始内容存档于2022-10-18） （英语）. 
  6. ^ Ramsey, W. H., Mon. Not. R. astr. Soc., 111, 427–447 (1951).
  7. ^ Ross, M., J. chem. Phys., 56, 4651–4653 (1972).
  8. ^ 8.0 8.1 Bernal, M. J. M., and Massey, H. S. W., Mon. Not. R. astr. Soc., 114, 172–179 (1954).
  9. ^ Wigner, E.; Huntington, H. B. On the Possibility of a Metallic Modification of Hydrogen. The Journal of Chemical Physics. 1935-12, 3 (12) [2022-10-14]. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1749590. （原始内容存档于2022-10-14） （英语）. 
  10. ^ Loubeyre, P.; LeToullec, R.; Hausermann, D.; Hanfland, M.; Hemley, R. J.; Mao, H. K.; Finger, L. W. X-ray diffraction and equation of state of hydrogen at megabar pressures. Nature. 1996-10, 383 (6602) [2022-10-14]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/383702a0. （原始内容存档于2022-10-15） （英语）. 
  11. ^ Porter, W. S., Astr. J., 66, 243–245 (1961). 5.
  12. ^ Ramsey, W. H., Planet. Space Sci., 15, 1609–1623 (1967).
  13. ^ Atreya, S.; Egeler, P.; Baines, K. Water-ammonia ionic ocean on Uranus and Neptune? (pdf). Geophysical Research Abstracts. 2006, 8: 05179 [2013-05-26]. （原始内容存档 (PDF)于2012-02-05）. 
  14. ^ Prandtl, W.: Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, zwei führende Chemiker aus der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1948
  15. ^ Hofmann, Helmut. Qualitative Analyse, 4. durchgesehene, erw. und verb. Aufl. Berlin,: Walter de Gruyter. 1972. ISBN 3-11-003653-3. OCLC 884444 （德语）. 
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