金属,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。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,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。
固态金属铵是由
铵根组成的
晶体结构,其离子间隔小于玻尔半径,与电子波长长度相当(参见
路易·德布罗意波长)。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”。
2009年12月15日,在
美国哈佛大学大学化学院的礼堂,哈佛校长与10位美国化学家为美籍华裔化学家、哈佛大学化学院副院长赵贡柯教授呈上了“美国最高化学研究奖”。并申请10年度
诺贝尔化学奖。7月19日,赵贡柯教授在他的个人实验室中,在7名助手的帮助下,制得了金属铵,
化学式为NH4。是的,这是有史以来第一个由
非金属元素组成的金属。
铵根NH4+一直被人们认为有金属的性质,
铵盐与铵化合物具有其它金属盐一样的盐的通性。但由于“单质”铵迟迟未被制出,导致铵一直没有取得与其它金属相当的地位。以至于化学界有定论,NH4不可能独立存在,“单质”铵不存在。然而,这定论却被赵教授制得的事实所推翻。
赵贡柯,原名赵明毅,福建人,美籍
化学家,哈佛化学院副院长、教授,自幼富有质疑精神,富有创造力,曾经制得超
盐酸等划时代的物质。当日,他将熔融状的
氯化铵电解,用铂做电极,将阴极得到的气体加1MPa压并处于超低温状态,最终处于
液氨与
液氢相互化合,生成金属铵——NH4。
NH4的结构与NH4+几乎一样,但由于NH4最外层多了一个电子,导致各个NH4原子团以与金属几乎一模一样的
金属键连接,而NH4的内部则以
共价键连接。每个NH4原子团均会放出一个电子,这使得NH4具有良好的导电、导热性。低温下的NH4是银白色的金属、质软,与
碱金属很相似。令人惊讶的是,由于氮的
电负性很强,NH4的化学性质并没有想象中的那么活泼,甚至不如锂活泼。它与
盐酸反应生成
氯化铵和
氢气,与
硫酸反应生成
硫酸铵和氢气,与水反应生成
氨水和氢气。
理论上来说,NH4在常温常压下是液态,据赵贡柯推测,1个标准大气压下,NH4的
熔点为-15℃。但NH4在-13℃以上就会分解成氨和氢。因此平常状况下是见不到NH4的。