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 90
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。
如果你的意思是氢元素被换为氦元素，那么分开来看，第一种是heo，实话说，不太可能，这种即使是在极度低温保证反应速度极缓情况下我估计也不太可能出现，以为he本身作为惰性元素，就意味着她本身对于自身结构的核外电子具备很高的稳定能力，或者简单用核外电子的脱离能级解释也可以。但是如果你硬要我说假设这种物质存在的情况下性质如何，我认为这种东西会极度容易爆炸，因为虽然假设了存在，但是我觉得这个假设还是依托于我们现在认为的物质构成形势进行的假设，那么也就可以看做氦元素和氧元素之间的形成的联系力是近似于离子键的形势存在的，如果假设是通过依靠改变电子属性来进行联系的话，那我觉得跟答案就是无聊的依然保持惰性特征了，因为那种情况下氮和氧之间的联系方式与其说是化学类型的结合的方式更不如类似于物理当中引力方式了，所以我说的易爆炸情况就是假设氦的电子与氧的电子层出现了某种结合，但是由于氦性质特殊，所以该离子键极为脆弱，在离开稳定的保持态之后就会发生剧烈的归元反应，从而剧烈释能产生爆炸。而he20这种情况，有猜测和计算过程了，可以简化为一个通电情况下不考虑电离情况的水的情况，但是活泼情况远大于水。
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