Τριοξειδάνιο

«Θυγατρικά» τριοξειδάνια

Ο όρος «τριοξειδάνιο» επεκτείνεται πέρα από τη «μητρική» ένωση, σε σειρά από «θυγατρικές» ή παράγωγες ενώσεις, ανόργανες και οργανικές ενώσεις με γενικό τύπο RO₃R, όπου τα όχι υποχρεωτικά ίδια R συμβολίζουν υδρογόνο, ανόργανες ή οργανικές μονοσθενείς ρίζες. Τέλος, μπορεί τα δυο (2) R μαζί να συμβολίζουν μια δισθενή ρίζα, οπότε στα τριοξιδάνια ανήκουν και ετεροκυκλικές ενώσεις, που περιέχουν τρία άτομα οξυγόνου στη σειρά, με απλούστερο εκπρόσωπο το 1,2,3-τριοξετάνιο. Είναι όλα τους ιδιαίτερα ασταθή και βραχύβια. Πολλά από τα μέλη τους υπάρχουνν, για την ώρα τουλάχιστον, μόνο σε υπολογιστικά μοντέλα.

Ιστορικό της ανακάλυψης

Για πρώτη φορά, την ύπαρξη τριοξείδιου του υδρογόνου πρότεινε ο Μαρσελέν Μπερτελό (Pierre Eugène Marcellin Berthelot), που μιλώντας το 1880 στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών, δήλωσε σχετικά με το θέμα, πως το τριοξείδιο του υδρογόνου είναι το πιθανό ενδιάμεσο στην αντίδραση αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Το 1895, ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ (Дмитрий Иванович Менделеев) πρότεινε το τετραοξειδάνιο (H₂O₄), ως ένα άλλο ενδιάμεσο στην αντίδραση αυτή. Η αδυναμία απόδειξης των υποθέσεων αυτών κατά το χρόνο που έγιναν (δηλαδή το 19ο αιώνα) οφείλεται στην έλλειψη (τότε) κατάλληλων μεθόδων ανίχνευσης τόσο βραχύβιων χημικών ειδών.
Έμμεση απόδειξη για την ύπαρξη των πολυοξειδανίων έχουν ληφθεί μέσω πειραμάτων στα οποία γίνεται ηλεκτρική εκκένωση μέσα σε υδρατμούς, ατμούς υπεροξειδίου του υδρογόνου ή και απλά μέσα σε μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου, και στη συνέχεια ακολουθεί ταχεία ψύξη στους  -190 ° C. Μετά τη θέρμανση και τη κλασματική συμπύκνωση σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), λαμβάνεται μείγμα που περιέχει (σχετικά) μεγάλες ποσότητες οξυγόνου και υπεροξειδίου του υδρογόνου,γεγονός που υποδεικνύει την (προσωρινή τουλάχιστον) παρουσία συμπυκνωμάτων ενώσεων με υψηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (δηλαδή την ύπαρξη πολυοξειδανίων). Μετά τη διεξαγωγή τέτοιων πειραμάτων και προτάθηκε και πάλι η ύπαρξη τριοξειδανίου υπό τις παραπάνω αναφερόμενες συνθήκες.
Κατά τη δεκαετία 1960 - 1970 ο Ι. Νεκρασώφ (И. И. Некрасовым) μελέτησε τα πολυοξιδάνια με φασματοσκοπία υπερύθρου.Συγκεκριμένα, μελέτησε την αντίδραση όζοντος (O₃) και ατομικού υδρογόνου (|H|) στους -198°C, διαχωρίζοντας μετά τους υδρατμούς και τους ατμούς υπεροξειδίου του υδρογόνου, που επίσης σχηματίζονται, από τα υπόλοιπα προϊόντα κατάψυξης. Στα προϊόντα αυτά εντόπησε τις νέες περιοχές στα φάσματα υπερύθρων, που αποδώθηκαν στις μεταβολές της ύπαρξης των μορίων τριοξειδανίου και τετραοξειδανίου. Ωστόσο, η πειστική επιχειρηματολογία του Νεκρασώφ δεν έπεισε, ακόμη, (πλήρως) την επιστημονική κοινότητα της εποχής.
Το 1963 οι Τσάψκυ (Чапски) και Βιέλσκυ (Бельски) βρήκαν ότι το τριοξειδάνιο βρίσκεται σε υδατικά διαλύματα που οξινίστηκαν με υδροχλωρικό οξύ (HCl) και ακτινοβολήθηκαν με δέσμη ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, με βάση τα κινητικά δεδομένα ώρισαν ότι η μέγιστη ημιζωή της ένωσης σε υδατικό διάλυμα ήταν 17 δευτερόλεπτα (σε συγκέντρωση υδροχλωρικού οξέος 0,027 Μ και σε θερμοκρασία 0°C).

Παραγωγή

Το τριοξειδάνιο μπορεί να ληφθεί σε μικρές, αλλά ανιχνεύσιμες, ποσότητες με χημική αντίδραση όζοντος και υπεροξείδιου του υδρογόνου, ή με ηλεκτρόλυση του νερού. Μεγαλύτερες ποσότητες τριοξειδάνιου έχουν παραχθεί με αντίδραση όζοντος με οργανικά αναγωγικά μέσα, σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε μια ποικιλία οργανικών διαλυτών, σε αναλογία με τη διεργασία ανθρακινόνης. Τριοξιοδάνιο παράγεται επίσης με τη διάσπαση οργανικών υδροτριοξείδιων (ROOOH).
Η αντίδραση όζοντος με υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι γνωστή ως «διεργασία υπεροξώνιου» (peroxone process). Αυτό το μίγμα χρησιμοποιήθηκε για κάποιο χρονικό διάαστημα για το χειρισμό υπόγειου ύδατος μολυσμένου με οργανικές ενώσεις. Η αντίδραση αυτή παράγει τριοξειδάνιο, αλλά και πενταοξειδάνιο (Η₂Ο₅).

Έρευνα για τριοξειδάνιο και άλλα πολυοξειδάνια στο διάστημα

Η υπολογιστική χημεία προβλέπει ότι μόρια με αλυσίδα περισσότερων ατόμων οξυγόνου, δηλαδή πολυοξείδια του υδρογόνου, υπάρχουν, ακόμη και με άπειρα άτομα οξυγόνου μπορούν να υπάρξουν, σε χαμηλές θερμοκρασίες. Με τις παραπάνω φασματοσκοπικές ενδείξεις έχει αρχίσει μια έρευνα για την εύρεση τέτοιων τύπων μορίων στο διαστρικό ενδιάμέσο.