四酸素

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四酸素(しさんそ)、またはテトラオキシジェン (Tetraoxygen) とは、分子式が O4 と表される酸素同素体である。1924年ギルバート・ルイスが、液体酸素キュリーの法則に従わない理由の説明として提案したとされる[1]。安定ではないが、計算化学では液体酸素中で逆スピン同士の酸素分子 O2 が一組になった状態で、一時的に O4 分子が存在する可能性があることが分かっている[2]1999年には、研究者によってε 相(10 GPa 以上の圧力)の固体酸素中に存在すると予想された[3]が、2006年X線回折によってε-酸素中に存在する分子は O4ではなく、O8八酸素)であることが示された[4]。しかし、質量分析法では O4 が短命な化学種として検出されている[5]

遊離分子[編集]

理論計算では、三フッ化ホウ素のような3つの酸素原子が1つの酸素原子に結合している平面三角形構造と、シクロブタンのような少し歪んだ四角形構造の、2つの異なる準安定状態の O4 分子の存在が予測された[6][7]

準安定状態の O4 分子の理論的予測構造。
Tetraoxygen-D2d-3D-balls.png
Tetraoxygen-D3h-3D-balls.png
D2d 構造
D3h 構造

2001年ローマ・ラ・サピエンツァ大学のチームが、遊離 O4 分子の構造を測定するために中性化再イオン化質量分析を行った[5]。この結果では、遊離 O4 分子の構造は提案された2つの分子構造とは一致しなかったが、基底状態と特定の励起状態にある、O2 分子2つの複合体だと確認された。

脚注[編集]

  1. ^ Lewis, Gilbert N. (September 1924). “The Magnetism of Oxygen and the Molecule O2”. Journal of the American Chemical Society 46 (9): 2027–2032. doi:10.1021/ja01674a008. 
  2. ^ Oda, Tatsuki; Alfredo Pasquarello (October 2004). “Noncollinear magnetism in liquid oxygen: A first-principles molecular dynamics study” (abstract). Physical Review B 70 (134402): 1–19. doi:10.1103/PhysRevB.70.134402. http://link.aps.org/abstract/PRB/v70/e134402. 
  3. ^ Gorelli, Federico A.; Lorenzo Ulivi, Mario Santoro, and Roberto Bini (November 1999). “The ε Phase of Solid Oxygen: Evidence of an O4 Molecule Lattice” (abstract). Physical Review Letters 83 (20): 4093–4096. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4093. http://link.aps.org/abstract/PRL/v83/p4093. 
  4. ^ Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers and Paul Loubeyre (2006). “Observation of an O8 molecular lattice in the phase of solid oxygen”. Nature 443: 201–204. doi:10.1038/nature05174. http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7108/abs/nature05174.html 2008年1月10日閲覧。. 
  5. ^ a b Cacace, Fulvio; Giulia de Petris, and Anna Troiani (October 2001). “Experimental Detection of Tetraoxygen”. Angewandte Chemie International Edition 40 (21): 4062–4065. doi:10.1002/1521-3773(20011105)40:21<4062::AID-ANIE4062>3.0.CO;2-X. 
  6. ^ Hernández-Lamoneda, R.; A. Ramírez-Solís (September 2000). “Reactivity and electronic states of O4 along minimum energy paths”. Journal of Chemical Physics 113 (10): 4139–4145. doi:10.1063/1.1288370. 
  7. ^ Røeggen, I.; E. Wisløff Nilssen (May 1989). “Prediction of a metastable D3h form of tetra oxygen”. Chemical Physics Letters 157 (5): 409–414. doi:10.1016/0009-2614(89)87272-0. 

関連項目[編集]