如果水分子中的氢原子被替换成氦原子，这种新物质会是什么性质?
2024-11-19 阅读 23
如果水分子中的氢原子被替换成氦原子，得到的新物质将是氦氧化物（HeO）。氦是稀有气体，具有很低的化学活性，而氧是活泼的非金属元素。因此，氦氧化物可能会表现出一些不同于水的性质。然而，由于氦氧化物并不存在于自然界中，因此对其性质和行为的研究尚未得到广泛的探讨。因此，我们无法准确预测氦氧化物的性质。
更新于 2024年11月21日
\text{He}_2\text{O}\text{He}_2\text{O} 没法稳定存在的，毕竟多了两个电子无处安放。
但有理论计算考虑过离子形态的 \text{He}_2\text{O}^{2+}\text{He}_2\text{O}^{2+} ，这货可以认为是水的等电子体。计算考察了它的构型，基态和激发态的势能面，解离通道等等性质。
计算认为 \text{He}_2\text{O}^{2+}\text{He}_2\text{O}^{2+} 基态构型是直线型的 D_{\infty h}D_{\infty h} 对称性，而非水的弯曲的 C_{2v}C_{2v} 对称性。基态为一个 ^3\Sigma^-_g^3\Sigma^-_g 的三重态，键能大约 1.1 eV 也就是约 106 kJ/mol 。基态之上有一个 ^1\Sigma_g^+^1\Sigma_g^+ 的单重态激发态和一个 ^3\Pi_g^3\Pi_g 的三重态激发态。再往上势能面就很乱了。基态 He-O 键长约 1.435Å ，当然长度取决于用什么计算方法会有所不同。
寿命估算的误差很大，但论文估计 ^3\Sigma^-_g^3\Sigma^-_g 的寿命下限是大约 10^3 s，上限可达 10^13 s，总之在实验室条件下可以认为至少是亚稳态的，如果有办法制备出来的话，肯定活得够久，能测。
但计算对于 \ce{He_2O}^{2+}\ce{He_2O}^{2+} 的制备比较悲观。计算认为 \ce{HeO+}\ce{HeO+} 和 \ce{He+}\ce{He+} 的碰撞，或者 \ce{He2O+}\ce{He2O+} 的电离都不是好方法。但作者没有提出其他更好的制备路线。
剩下的自己看吧。
理论上讲这种东西应该是有的吧，但实际还未被合成。2017年中国科学家还合成过氦化钠呢。
在稀有气体中，氩、氪、氙较为活泼，而氦、氖则更加稳定。氦化合物是最难制备的，曾经只存在于理论，直到后来南开大学在金刚石压腔中合成了氦化钠，氦化合物才走进了现实。
我们来看一看氦化钠的结构，也许对我们思考氧化氦有帮助。
氦化钠其实并没有形成真正意义的化学键。在氦化钠晶体中，钠原子占据了正方体的顶点，氦原子与共用电子云相继不相邻地排列在小正方体的空隙中，像是三维扩展的棋盘。
这样的成键方式非常奇特，在极低温与高压条件下，能级之间被打通，电子可以在其中自由运动了。
氧化氦应当也存在，但是它应该不会像水分子那样形成分子，而是像氦化钠那样形成特殊的晶体。所以当水分子的氢变成氦后它会迅速分解出氦气和氧气，在极低温度下可以表现出奇特的性质，打通能级共用电子。
水分子中的氢原子替换成氦原子，可不可以理解成氦和氧气能不能发生化学反应？
氦气和氢气元素周期表一个位置之差，但性质截然不同。氢是活泼的，氦是惰性的。
氢原子结构包括一个质子和一个电子。由于其原子核中只有一个质子，氢原子在元素周期表中位于第一位，符号为H，原子量为1.00784。在化学性质方面，氢原子非常活泼，容易与其他元素结合。
氦的原子序数为2，其原子结构包括2个质子、2个中子和2个电子。氦原子最外层电子壳层被2个电子完全填满，具有稳定的电子结构（1s²），不易与其他原子形成共价键。
如果将氢原子替换成氦原子，但氦原子本身就有两个电子，如果完全替换成成2个氦原子，那么，系统中多了2个电子，这2个电子是无法找到共价键的结合对象的。
所以替换是实现不了的。He2O也不会存在。
现在回到能不能1个氦原子和1个氧原子结合？HeO。
在1s²轨道上的电子和原子核结合是最紧密的，两个电子云的分布是对称的，更加稳定。氧原子对这2个电子的获得能力，远远小于2个电子与氦原子核吸引能力，所以，氧原子是不能同时把氦原子的2个电子在同一个方向上形成共价键的（2个电子之间的角度从180度变成小于180度）。除非是把氦原子中的一个电子先激发掉，才有结合的可能性。
