走进科学
溴的高阶态
化学家熟悉许多元素和化合物，但溴的高阶态却不常见。溴可呈现+3和+5的氧化态，产生各种有趣的化合物，包括溴氧化物等。这一系列新化合物，挑战了化学家的直觉。
化学家熟悉许多元素和化合物，从与它们工作或研究文献中学到。你对什么是“正常”的以及什么是不寻常的有一种感觉，后者有很多程度。例如，拿溴的化合物来说。大多数工作中的化学家会立刻认出溴(也有例外)，因为我们在容器中一般不会经常遇到太多不透明的红色液体，上面还飘着腐蚀性的橙色烟雾。这很好。那就是氧化态为零的溴，元素形式，然后你有溴化物(氧化态为-1)，这是最常见的阴离子之一。"氯化物是乌合之众"，普里莫·莱维在我最喜欢的《元素周期表》中说过一句我最喜欢的话，他对此的看法是正确的，但溴化物的社会地位并不高。每个阳离子都有一种溴化物盐，而且通常是目录中最便宜的一种。
到目前为止，一切都很顺利。但溴也可以氧化到+3和+5的氧化态，这时事情开始变得有趣起来。你可以得到各种混合卤素物质，所有这些都是反应性的、有毒的，并且以它们的不同恶毒程度而闻名。你还可以得到各种溴氧物种，从广为人知的溴酸根离子(BrO3-)一直到......嗯，直到这篇新论文中描述的东西。这篇论文来自柏林自由大学的康拉德·塞佩尔。它包含了一整套新的化合物清单，这些化合物完全打乱了我的化学直觉。
我对它们一无所知，除了强烈地不想制备任何一种。制备它们？我甚至都不想制备起始物质。当你的工作需要像溴氟二氧化物(溴酰氟，BrO2F)这样的东西时，你知道自己将会经历一段艰难的旅程；没有人能声称他们没有被警告过。直到现在，甚至还没有可靠的合成方法——塞佩尔描述了一个新的合成方法，使用了上述溴酸和溴五氟化物，这是不好的，因为它是一种可怕的氧化和氟化剂，足以将你氟化成死后的世界，其在液体火箭推进剂混合物中的使用曾被放弃，因为它太难以处理了，哦对了，还有经过重新蒸馏的纯氢氟酸，它距离“好”的状态也相距甚远。论文中的国际单位制非常随意地提到，你可以使用金属管道中的双重真空蒸馏将你的氢氟酸脱水得足够干燥，而且你可以直接开始这个过程，不用等我出现。
你将后两种试剂冷凝到液氮温度下的溴酸盐固体上，然后让它升温到-78°C，这时会发生一场“剧烈”的反应。想象一下第一次运行这些东西，等待所述反应并想知道它是否会留在你的装置内部或者在天花板上展现。一旦你制备好了溴酰氟，你将温度再升高到-40°C，抽掉过量的氢氟酸和五氟化物，你会希望在该过程的另一端有一个极为高效的陷阱，根据论文，这可能需要几个小时，而且最好如此。最后，你将在约-10°C的热带温暖中从固体残留物中升华出产物，并封闭管道的那部分。
现在，你已经制备了无色固体溴氟二氧化物。对于它要做什么？嗯，你不应该让它升温超过+10°C，因为它几乎肯定会爆炸。记住这个短语，它在这样的工作中会派上用场。作为第一个有可靠供应纯品的人，塞佩尔教授着手与一整套东西反应，并生产出一系列具有让人眉头紧锁的晶体结构的怪异化合物。我甚至不知道怎么称呼这些怪物：例如，你如何称呼Br3O6+ triflate(三氟甲磺酸酯)中的阳离子？右边显示的化合物叫什么名字？我们中很少有人需要给它取名字，不过你可以通过将三氟乙酸酐冷凝到-196°C下的溴酰氟上，然后将固体从液态氟利昂中回温和重结晶，来制备出这种化合物，得到黄色晶体。这些晶体在-12°C时熔化，根据论文及其国际单位制，“熔化的红色液体开始缓慢释放气体”，并且“进一步加热时必然爆炸”。进一步的实验可能面临更多不可避免的风险，我很高兴塞佩尔教授在实验室的专业知识帮助他度过了所有这些。
论文强烈警告读者，其中的制备方法绝对不能在任何情况下放大，这显然是出于一个真心关心你的人的建议。即使在描述的数量上，你也需要一个优秀且良好维护的真空管路，能够获得非常规常见的试剂，比如上述的溴五氟化物，愿意做一些像重新蒸馏无水氢氟酸这样的事情，并且在任何时候都要穿着像你要去剪除一只迅猛龙的装备。啊，卤素化学家的生活对我来说太好了，我心爱的朋友们，嘿哟嘿哟和一桶……嗯，我们还不知道怎么称呼它。糟糕。
本文译自 Science | AAAS，由 BALI 编辑发布。