编辑“︁超硝酸”︁

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'''超硝酸'''，化学式(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>，英文为Hypernitric acid，又称作超硝镪水，是[[超过氧亚硝酸]]的同分异构体。超硝酸是一种较常见的超强酸，其pKa1可达-∞，它的发现与著名超理学家[[赵明毅]]有着密不可分的关系。

== 结构 ==

=== 脱氧超硝酸<ref name=":0">https://tieba.baidu.com/p/6585919321</ref> ===
在介绍超硝酸的结构之前，有必要先介绍一个理论结构——脱氧超硝酸

公元████年（约1000年前），锑星科学家███·█·████在猜想超盐酸的结构时，提出这一理想结构模型“脱氧超硝酸”。

“脱氧超硝酸”分子由10个N原子和10个H原子构成，其中N-N之间形成魔键，且N为3价，原子之间必须由单魔键相连。

███·█·████解释道：“我只是创造出了一个我认为可行的理论模型，超硝酸的结构可能达到10<sup>4</sup>种，甚至比这个还要高出几个数量级。原因是在我们发现的许多含氧聚合物中，氧原子的位置是十分随意的，而当氧原子的位置发生改变时，其化学性质和物理性质几乎相同……”

“……所以我们只需将氧原子脱去，只看其他的原子，就能推算出超硝酸的结构。”

=== 可行结构构造<ref name=":0" /> ===
[[File:脱氧超硝酸.jpg|缩略图|脱氧超硝酸|234x234像素]][[File:超硝酸.jpg|缩略图|构造出的超硝酸结构|249x249像素]]
脱氧超硝酸是一种假象的分子结构，其目的是为了推算出超硝酸的可行结构，实验表明，这种物质在0-10<sup>16</sup>ZMY强度下的锑场下均不能稳定存在。

如图，一个丁环和其三个分支，构成的脱氧超硝酸分子(HN)<sub>10</sub>

然后如果我们插入羟基（-OH），或者在N-N魔键之间插入O原子，均不会影响N、H原子的数量，这就是脱氧超硝酸的用途。

脱氧超硝酸能将几百种、甚至几千种超硝酸的可行结构简化，然后以插入氧原子和羟基的方法得到超硝酸分子。

如图，这是一个用上述脱氧超硝酸结构生成的超硝酸，（科学家推测这是最稳定、也是最常见的一种）。
===关于结构中的氧原子===
超硝酸分子并不是简单地由10个硝酸分子构成的，它的形成有过氧键的参与。

超硝酸分子为平面结构，氮原子以sp2的杂化轨道分别和3个氧原子的p轨道成了三个σ单键，余下一个pπ轨道中的一个电子和1个氧原子pπ轨道中的单电子形成离域π键，此时形成的是硝酸分子，但由于其中一个氧原子仅与氮原子成单键，因此该硝酸分子有强烈结合另一孤电子的趋势。之后这个硝酸分子中的氧与另一个硝酸分子中的一个氧原子通过σ键结合，形成过氧键，此时存在形式为(HNO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>。但后来的硝酸分子中只剩一个可结合电子的氧（另一个氧需要和另一个硝酸分子中的氧结合，还有一个正常的氧，与氮、氢原子结合，这个氧以后忽略），且这个氧只能与该硝酸分子中的N成一个σ单键，于是就成了这种形态： 

:H-O-N(=O)-O-O-(-O)N-O-H

继续结合，直到(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>形成时第一个硝酸分子中的双键成π键的一个突然被打开，与最后一个硝酸分子中只与氮原子成了单键，而又不与氢成键的O原子以σ键结合，于是乎，超硝酸分子便成了环状的平面分子结构：(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>

该过氧键键长较长：为178pm，故其氧化性很强。

细心的读者一定会发现：不对啊，一个氮与氧共用的电子对只有3对啊！没错，这就是它的别名是“超过氧亚硝酸”的原因，氮其实呈3价，氧有-1，-2两种价态，氧化性不体现在氮原子上，而主要体现在过氧键上，但习惯起见还是认为氮5价，氧2价；至于它与有机物发生的硝化反应，以及其他被还原为二氧化氮的反应，可以认为超硝酸既是氧化剂，又是还原剂（氮回归到5价或4价，氧回归到－2价），但一般只把它看作氧化剂。

==理化常数及编号==
*危规号：GW810020 M.I.30,66080
*分子量：630.1
*熔点：-41.59℃
*沸点：分解
*密度：15.0269g/cm<sup>3</sup>
*溶解度：混溶
*分解热：25KJ/mol
*标准摩尔生成焓：ΔHΘ=2.2×10<sup>4</sup>KJ/mol
*标准生成自由能：ΔGΘ=2.164×10<sup>4</sup>KJ/mol
*标准熵：SΘ=1.2×10<sup>3</sup>KJ/mol
*比热容：c=3.4×10<sup>3</sup>J/(kg·K)
*乙醇中溶解度：混溶
*溶解热：ΔHsol=-2.37×10<sup>4</sup>
*电离热：-2.73×10<sup>3</sup>KJ/mol
*分解温度：65%浓度在101千帕下，37摄氏度时开始分解
*标准电极电势：(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub><sup>10-</sup>+20H<sup>+</sup>+10e-==10NO<sub>2</sub>+10H<sub>2</sub>O：EΘ=2.100V

==性状==
该品为无机化学强腐蚀性物品，纯品为无色液体，有刺激性酸味，极易吸收空气中水分，极易溶于水或乙醇并放出大量的热。

其溶液呈极强的酸性（但是弱于超硫酸和超盐酸，原因是硝酸的pKa值（-2.0）大于硫酸（-2.8）和盐酸（-8.0）），在夺取质子能力弱的溶剂如无水甲醇中，与其他超强酸相比，它的强度便显示出来，在《普通光学放大镜<ref>普通光学放大镜：这是一种特殊的，放大倍数0.002~0.001之间的，能观察到分子、原子、离子的放大镜，最初由超理继承人1号制成，为此他获得2078年[[挪杯儿奖]]。</ref>》下，找不到未离解的(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>或HNO3分子，因此可以看作是真正的完全电离。

一个超硝酸分子可以完全电离出10个水合氢离子和10个硝酸根离子：
:10H<sub>2</sub>O+(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==10H3O(+)+10NO3-

安提莫尼光谱<ref>即Antimony光谱，一种特殊的，具有透视性的，能扫描出微观粒子状态的光谱，最初由超理继承人4号发现，并广泛应用。</ref>测得：无论其表观电离度，还是其有效电离度，只要在有足够溶剂分子存在下，它的电离度总是无限接近100%，0.1mol/L溶液pH=0。

品无色，易挥发，但因工业品中会混有大量的HNO<sub>3</sub>分子，而HNO<sub>3</sub>在(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>中极易分解，因此高浓度该品可能呈红棕色。一般商品纯超硝酸的浓度为96%~98%，商品浓超硝酸浓度为65%~68%，密度为11.62kg/L，还可在纯超硝酸中溶解N<sub>2</sub>O<sub>4</sub>或NO<sub>2</sub>，因挥发在空气中易形成酸雾，通常称其为发烟超硝酸，它比纯超硝酸具有更强的氧化性，可作火箭燃料的氧化剂。

==化学性质==
超硝酸是一种超强酸，它除了具有酸的通性外，还有它本身的特性. 

===不稳定性===
超硝酸不稳定，易分解。不仅超硝酸沸腾时分解，室温下见强光也会分解，受热时分解更快：
:2(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==20NO<sub>2</sub>↑+5O<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O ΔH=-280KJ·mol<sup>-1</sup>

超硝酸越浓，越易分解，分解出的二氧化氮溶于超硝酸中使酸呈黄色。为防止超硝酸分解，常贮藏于内层镀钫<ref>这里指的是钫-194，钫的最稳定的放射性同位素，半衰期为255年，最初由超理继承人127号用铹-256的质子轰击砹-202的中子的方法制得。</ref>的棕色瓶中，低温暗处保存。
 
===氧化性===
超硝酸是一种极强的氧化剂，氧化性远强于超硫酸，无论浓、稀超硝酸均具有极强的氧化性，它能和所有金属和除氟、氧、氮及氦之外的所有非金属发生氧化还原反应，而且反应常常是很猛烈的，伴随着燃烧和爆炸。

===='''与非金属反应'''====
超硝酸与非金属反应时，通常发生爆炸性剧烈反应，而且总是将它们氧化为最高价的含氧酸，而自身则被还原为二氧化氮。
:7(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5Cl<sub>2</sub>==10HClO<sub>4</sub>+70NO<sub>2</sub>+3H<sub>2</sub>O
:3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5S==5H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O
:7(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5I<sub>2</sub>==10H<sub>5</sub>IO<sub>6</sub>+70NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O
:如果是特别浓的超硝酸，则会出现Br<sub>4</sub><sup>8+</sup>（深红色），I<sub>3</sub><sup>11+</sup>（蓝色），S<sub>8</sub><sup>24+</sup>（桔红色）等奇怪的非金属阳离子，这些阳离子会在超硝酸浓度降低时剧烈水解。

===='''与金属反应'''====
无论浓、稀超硝酸与金属反应，皆被还原为NO<sub>2</sub>: 
:12(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+10Pt==[Pt(NO<sub>3</sub>)6]<sub>10</sub>+60NO<sub>2</sub>↑+60H<sub>2</sub>O
:4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+10Na==[Na(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]<sub>10</sub>[超硝酸高钠，钠＋2价]+20NO<sub>2</sub>↑+20H<sub>2</sub>O（危险！！！切勿尝试！！！）

但由于超硝酸的氧化性和超硝酸根离子的配位性太强，导致金属[[钫]]在其中发生钝化，生成一种特别稳定的配合物： 
:(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+Fr==H<sub>10</sub>Fr(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>[超硝酸根合超钫酸，无色] 

因此，可密封于内层镀钫的棕色瓶中保存，[[铯]]和[[时科]]也有此特性，或用室温下呈固态的O<sub>6</sub>（┻氧┳）盛装超硝酸。

除钫外，其它以超硝酸根为配体的配合物只能在低温低压下制得。
 
超硝酸与Sn,Cr,Ge,Mo,W,U等偏酸性的金属反应时，生成含氧酸或含水化合物： 
:5Sn+2(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+xH<sub>2</sub>O==5SnO<sub>2</sub>·xH<sub>2</sub>O+20NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O 
:5Mo+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5H2MoO4+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O 
:5W+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5H2WO4+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O 

===='''与稀有气体反应'''====
浓超硝酸与稀有气体Ne反应：
:15Ne+(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5NeN2+10NeO3+5H<sub>2</sub>

===超王水===
浓超硝酸与浓[[超盐酸]][(HCl)<sub>10</sub>]按物质的量之比1∶3的比例混合即得'''超王水'''[Hypernitrohyperhydrochloric acid]，它能与几乎所有物质发生反应，也能溶解超盐酸所不能溶解的金属铯和超硝酸所不能溶解的金属钫，所以它的盛装便成了一个大问题，现在一般只能在实验室中用固态氟或O<sub>6</sub>（┻氧┳）盛装。

超王水自身便会发生反应： 
:(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+3(HCl)<sub>10</sub>==(NOCl)<sub>10</sub>+10Cl2↑+20H<sub>2</sub>O

与氟化钠反应：
:130NaF+4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+12(HCl)<sub>10</sub>==[Na(NO3)2]<sub>10</sub>+5F<sub>2</sub>↑+12Na10Cl10+20H<sub>2</sub>O+20NO<sub>2</sub>↑+12(HF)<sub>10</sub>[超氟化氢，无色] 

===超氟王水===
超硝酸与[[超氢氟酸]]的混合酸，同样具有强氧化性，易形成超强的氟络合物。它能使氧氧化到正6价，因其氧化性太强，一般只能用固态氟盛装。

===超硝酸的硝化性===
超硝酸与[[超硫酸]]的混合酸在有机反应中常作超强的硝化剂，在常温下就可把三硝基苯硝化为六硝基苯：
:10C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>(NO<sub>2</sub>)<sub>3</sub>+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==[(H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)<sub>10</sub>]==10C<sub>6</sub>(NO<sub>2</sub>)<sub>6</sub>+30H<sub>2</sub>O

或把立方辛烷硝化为八硝基立方烷：
:5C<sub>8</sub>H<sub>8</sub>+4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==[(H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)<sub>10</sub>]==5C<sub>8</sub>N<sub>8</sub>O<sub>16</sub>+40H<sub>2</sub>O

因此可用这种方法制备烈性炸药[[八硝基立方烷]]。
==用途==
超强氧化剂，助燃剂，化工产品原料，制备各种超硝酸盐，有机物硝化剂，炸药制备等很多用途。

==制法==

=== fa国-意大利阳光法 ===
在制取超盐酸的过程中，我们使用“锑鉲催化法”使HCl分子十聚。那么，我们能否找到一种催化剂来催化HNO3十聚呢？

在近1000年的探索过程中，科学家们始终未找到能使HNO<sub>3</sub>十聚的方法，直到近10年，科学家███·█·█████发现碲元素能够催化HNO<sub>3</sub>中N原子的断裂，使它的一个中子发生震动，才使超硝酸的制取成为可能。

后来，他真的通过了“某种方法”制得了超硝酸，这种方法被称为“fa国-意大利阳光法”。

███·█·█████将意大利的阳光照射到，放在fa国的土地上的一块碲上，这时碲的表面突然不停地闪烁，就像附魔的一样。

后来研究发现，这块碲的表面附着了一种类似于“[[RP粒子]]”的新粒子，这种粒子在碲的周围形成了一种“特殊的场”（后被命名为[[碲场]]），这种场与锑场相似，单位ZMY。

碲场似乎也能催化一些锑场能够催化的反应，但效果没有锑场好。而且一些在锑场能够稳定存在的物质，放在碲场中就不行。但是碲场在和锑场以及其他物质的共同作用下，能够有效地催化硝酸十聚。而且在碲场中的分子竟会显现出一些“宏观性质”，这一点在后面会说到。

科学家███·█·█████将Te丢入马桶里（运回锑星），然后打电话（电话约有51万年的延迟）给负责该项目的锑星科学团队进行现场（没错就是现场）制备(HNO3)<sub>10</sub>。
[[File:超硝酸合成1.jpg|缩略图]]
首先实验员将“附魔”的Te、HNO<sub>3</sub>、SbSb<sub>3</sub>、Cl<sub>2</sub>在-250℃、25ZMY锑场的环境下充分混合，此时，分子间的宏观性质就显现了出来。

首先，在较低的锑场环境下，叠锑化锑中的Sb-Sb键的电负性差减小，呈现出类似“共价键”的性质，此时SbSb<sub>3</sub>中的一个Sb原子变成+5价，其他三个变成-3价。

然后在低温环境下，叠锑化锑夺走（4个）N-O双键的（1个）键，使得[[叠锑化锑]]的所有锑原子全部变为5价，其中两个锑原子以魔键（虚线）相连，而HNO3分子重新组合，O-O形成单键。（我称之为“单位硝酸”或“有机硝酸”）

由于这种SbSb3的魔键化合物十分不稳定，裂解为4个锑原子，并迅速与Cl<sub>2</sub>反应，生成SbCl<sub>5</sub>。

此时“宏观性质”才刚刚显现出来，“单位硝酸”的羟基与N的距离突然加长到原先的3-4倍，而五氟化锑的氯原子突然跌落到同一平面内，且Sb-Cl键之间的夹角变为90°、90°、45°、90°、45°。

然后HNO<sub>3</sub>与SbCl<sub>5</sub>在碲场的作用下排列成图中的形状，变成SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>，之所以说碲场有“宏观性质”，是因为SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>很容易使人联想到生活中的某一种东西。

——羽毛球拍。你猜对了吗？

待所有HNO<sub>3</sub>全部转化为SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>后，实验员加入“超酸聚合剂”——[[锑]]和[[鉲]]

在低温环境下，锑和鉲也能有效地聚合SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>，就像聚合HCl那样轻松
[[File:超硝酸合成2.jpg|缩略图]]
首先Sb会将5个SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>的-OH聚集到自己周围，然后在碲场的“宏观性质”下，各夹角排列为90°、90°、45°、90°、45°。
[[File:超硝酸合成3.jpg|缩略图]]
然后Ka将另外5个SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>排列成一个较为复杂的结构，类似于单位硝酸。

“它的分子都已经叠到一起了”——███·█·█████
[[File:球拍超硝酸.jpg|缩略图|图中底部的-OH键被缩短，其实际长度约为Sb和Ka的距离]]
最后，在碲场的作用下，十个SbCl<sub>5</sub>.HNO<sub>3</sub>形成一个更壮观的结构——一个更大的羽毛球拍！
[[File:超硝酸最终形态.jpg|缩略图]]
最后一步，将温度瞬间升高至20℃，SbCl<sub>5</sub>变为液态，已经完全脱离了HNO<sub>3</sub>。此时，十个HNO<sub>3</sub>分子以一种“神秘”的键彼此作用，原子核断裂成粉末，每一粒粉末吸引一个电子。魔键形成了！

此时HNO<sub>3</sub>已经十聚为了超硝酸（图2,3的O原子已省略），但仍然不是稳定结构，N戊环变成丁环，两个分支变成三个分支。

（注：图2中的虚线是不稳定的键，波浪线是趋向于稳定的键）

然后O原子就像电子一样，在质子和中子之间来回穿梭，最后速度越来越慢，逐渐稳定了下来，变成图4的结构。

这就是超硝酸！

===工业制法===
现代生产超硝酸的关键问题是硝酸分子的聚合，使其通过一种特殊的、不太稳定的魔键结合在一起，但普通的高温高压催化法已经难以使其聚合，只能通过特殊的方法。

首先取浓硝酸，将其转移至冰库中，加速降温至-255℃，浓硝酸会呈现一种特殊的，无定形的“玻璃态”，此时加高压使氢气液化，通入玻璃态的硝酸周围，使其缓慢渗入硝酸分子中，等待63天，升温至室温，即得超硝酸。

===实验室制法===
于基质实验室内，将纯硝酸急剧冷却至-255K（注意此处是热力学温标，已低于所谓的绝对零度，这表明绝对零度的说法是荒谬的<ref>最初由超理继承人255号用[[酸性熟石灰]]作制冷剂，结果一不小心使温度降到了0K以下，而且直达-255K，从此以后人们就用酸性熟石灰作制冷剂，以达到低于绝对零度的低温。</ref>），用纯净的钛及钔<ref>（先要看一下我的名字）这里的钔指的是钔-255，钔的最稳定的放射性同位素，半衰期为65535年，最初由太极门255用锘-256的质子轰击锝-98的中子的方法制得。</ref>两种金属与其接触，慢慢地，负的化学能转化为热能，发生反应，生成以超硝酸根为配体的配合物：H<sub>10</sub>Ti(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>和H<sub>10</sub>Md(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>，将其在255K,255Pa下自行分解255天，可制得纯净的超硝酸，以金属钫包围，然后为防止钫发生燃烧，应立即转移至内层镀钫的棕色瓶中密封保存。

==运输== 
超硝酸的腐蚀性很强，因此大量的超硝酸要用内层镀钫的棕色卡车运输，并保证卡车内部完全干燥。
注意镀钫的钫层厚度不可低于0.38cm，否则若镀钫层被超硝酸穿透，将会腐蚀卡车外层（如铁合金），造成泄露。超硝酸一旦接触到空气中的水蒸气（哪怕只是痕量），就会溶解，放出大量的热，可能造成卡车的严重爆炸事故。

==注意事项== 
该品具有强腐蚀性，能引起严重烧伤，易挥发、分解，其气味具有强烈的刺激性，使用时应得到有关部门的审核与批准。使用时应穿防护服，戴手套和防护镜或面罩，避免其与皮肤接触，万一接触应立即用大量清水冲洗后请医生诊治。该品高度助燃，遇活泼金属（不包括[[钫]]Fr）及有机物会引起燃烧和爆炸。该品溶于水放出大量的热，稀释时应将本品缓缓倒入水中并不断搅拌，切不可加水入酸！使用时如有事故发生或不适之感，应立即请医生诊治。

==参考纯度价格==
{| class="article-table"
!纯度级别
!产品名称
!浓度范围
!价格
|-
|超纯
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|≥99.9998%
|275元/500g
|-
|光谱纯
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|≥99.99%
|245元/500g
|-
|pH工作基准
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|≥99.97%
|220元/500g
|-
|GR优级纯
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|96%~98%
|150元/500g
|-
|AR分析纯
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|65%~69%
|85元/500g
|-
|CP化学纯
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|65%~68%
|75元/500g
|-
|工业级
|超硝酸(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>
|45%~55%
|45元/500g
|}
==注释== 
<references />
[[Category:无机化合物]]
[[Category:酸]]
[[Category:超强酸]]
[[Category:超理产品]]